H16 Kracht en Beweging

• Natuurkunde
• Middelbare school
• vmbo g
• Leerjaar 4

H16 Kracht en Beweging

16.1 Voortstuwen en tegenwerken + 16.2 Optrekken en afremmen

16.3 Veiligheid in het verkeer + 16.4 Kracht en Arbeid

Vandaag

Overzicht formules H13 en H15

1 rekenopgave

H16.1 voortstuwen en tegenwerken

Formule H13 

T = 1 / f  <=>  f = 1 / T

f = frequentie [Hz]

T = trillingstijd [s]

s = v x t 

s = afstand [m]

v= snelheid geluid [m/s]; binas

t = tijd [s]

Formule H15

T = 1 / f  <=>  f = 1 / T

T = tijd van 1 flits [s]

f = aantal flitsen in 1 s [Hz]

s = v x t 

v = snelheid beweging [m/s]

v_gem = (v_b + v_e) / 2

(v_gem eerst berekenen indien versnelling/vertaging)

a = (v_e - v_b) / t = Δv / t

a = versnelling [m/s²]

H16.1 Voorduwen en tegenwerken

Leerdoel vandaag:

• Ik kan drie manieren noemen om tegenwerkende krachten te verminderen
  

• Ik kan aangeven hoe een voorwerp beweegt, als ik de nettokracht op dat voorwerp ken.
  

Voortstuwende- / Aandrijfkracht

De kracht waardoor een voertuig beweegt noem je de Voortstuwende kracht oftewel de Aandrijfkracht 

Voorbeelden:

• motor auto/brommer
• spierkracht bij fietsen

Tegenwerkende kracht

Is de kracht die waardoor een voertuig wordt tegengewerkt, hierdoor zal de snelheid afnemen, of zelfs 0 m/s zijn

Voorbeelden:

• Tegenwind
• (rol)Wrijvingskracht (zand/verharde weg)

Nettokracht

Nettokracht is de som van de krachten

Nettokracht

=> Nettokracht werkt in de bewegingsrichting

=> Nettokracht is 0 N

=> Nettokracht werkt tegen de bewegingsrichting in

Nu worden de drie soorten beweging gekoppeld aan het nieuwe begrip 'nettokracht'. Belangrijk inzicht moment.

Kan de Nettokracht de richting/snelheid veranderen? 

Nettokracht loodrecht op bewegingsrichting?

• Alleen richting verandert

Nettokracht met hoek op bewegingsrichting?

• Richting en snelheid veranderen

En nu aan de slag

Lees H16.1 goed door

Maak opgaven H16.1 (1 t/m 9 p. 210)

H16 Kracht en Beweging

16.1 Voortstuwen en tegenwerken + 16.2 Optrekken en afremmen

16.3 Veiligheid in het verkeer + 16.4 Kracht en Arbeid

Nettokracht

• => Nettokracht werkt in de bewegingsrichting

• => Nettokracht is 0 N

• => Nettokracht werkt tegen de bewegingsrichting in

Nu worden de drie soorten beweging gekoppeld aan het nieuwe begrip 'nettokracht'. Belangrijk inzicht moment.

Doel: H16.2 Optrekken en afremmen

• Ik kan uitleggen waaraan je kunt merken dat een voorwerp een grote/kleine Traagheid heeft

• Ik kan berekeningen uitvoeren met kracht, massa en versnelling         (F = m x a)

H16.2 Optrekken en afremmen

Hoe kleiner de kracht, hoe kleiner de versnelling of vertraging.

Hoe groter de massa, hoe kleiner de versnelling of vertraging.

Massa is traag!

Traagheid

Hoe meer massa een object heeft, des te groter de traagheid.

Traagheid geeft aan hoe makkelijk je iets kan versnellen of afremmen.

      Kracht = massa x versnelling

F = m x a

Een volgeladen vrachtwagen heeft een grotere traagheid dan een lege vrachtwagen.
Hoe merkt een chauffeur dat bij het afremmen?

1. moeilijker bestuurbaar
2. duurt langer om op snelheid te komen.
3. duurt langer om tot stilstand te komen
4. er is geen waarneembaar verschil

Formule kracht

F	Kracht (N)
m	massa (kg)
a	valsnelheid (10 N/kg of m/s2)

Tweede wet van Newton

F = m x a

Formules

Formules:

a=​t​​Δv​​

F=m⋅a

Grootheid	Eenheid
kracht (F)	Newton (N)
massa (m)	kilogram (kg)
versnelling (a)	meter per seconde kwadraat (m/s 2 )
snelheid (v)	meter per seconde (m/s)
afstand (s)	meter (m)
tijd (t)	seconde (s)

Opgave 1: Optrekken en afremmen

Een Porsche trekt in 4,1 seconden op van 0 naar 100 km/h.

De totale massa van de auto is 2000 kg.

De beweging is eenparig versneld.

a.  Bereken de versnelling.

b. Berekende netto kracht die de Porsche laat versnellen

Gegevens/gevraagd:

• t = 4,1 s  ;   (m = 2000 kg)
• ve = 100 km/h = 27,78 m/s  
• vb = 0 km/h  = 0 m/s
•  ∆v = ? m/s   ;   a = ? m/s2
  

 Formule:

• a = ∆v / t = (ve - vb) / t

Uitwerking/Antwoord:

• a = (27,78 - 0) / 4,1= 6,8 m/s2
• De versnelling is 6,8 m/s2 

                  

     

 Gegevens

Gevraagd

Formule

Uitwerking

Antwoord

Opgave 1: Optrekken en afremmen

Een Porsche trekt in 4,1 seconden op van 0 naar 100km/u.

De totale massa van de auto is 2000kg.

De beweging is eenparig versneld.

a.  Bereken de versnelling.

b. Berekende netto kracht die de Porsche laat versnellen

Gegevens:

• a = 6,8 m/s2
• m = 2000 kg

Gevraagd:

• F = ? N
  

 Formule:

• F = m x a

Uitwerking/Antwoord:

• F = 2000 x 6,8 = 13 550 N
• (F = 14 kN)

                  

     

 Gegevens

Gevraagd

Formule

Uitwerking

Antwoord

En nu aan de slag

Lees H16.2 goed door

Maak opgaven H16.2 (1 t/m 9 p. 219)

Video Mythbusters Traagheid

H16 Kracht en Beweging

16.1 Voortstuwen en tegenwerken + 16.2 Optrekken en afremmen

16.3 Veiligheid in het verkeer + 16.4 Kracht en Arbeid

H16.3 Veiligheid in het verkeer

• Ik kan toelichten hoe de 2-seconden regel helpt om voldoende afstand te houden
  

• Ik kan de werking van een aantal constructies in voertuigen beschrijven die de negatieve effecten van een botsing verminderen.
  

• Ik kan een aantal situaties benoemen die belangrijk zijn bij de keuze van een veilige snelheid.
  

Traagheid

Hoe meer massa een object heeft, des te groter de traagheid.

Traagheid geeft aan hoe makkelijk je iets kan versnellen of afremmen. 

      Kracht = massa x versnelling

F = m x a

Veilige snelheid 

Bij het kiezen van een veilige snelheid moet je rekening houden met:

Het soort weg :

• binnen of buiten de bebouwde kom, zandweg etc.

Het overige verkeer: 

• voldoende afstand / rekening houden met overige verkeersdeelnemers)

Bijzondere omstandigheden, vb het weer 

• bij glad wegdek neemt stopafstand toe

Stopafstand

• Stopafstand = reactieafstand + remweg.

        (Staat NIET in de Binas => uit hoofd leren)

• 2 seconden afstand tussen elkaar is een relatief veilige tijd en daardoor afstand (volgafstand).

STOPAFSTAND

Bereken Stopafstand

Gegevens/gevraagd/formule/uitwerking:

• treactie = 0,8 s  
• vreactie = 50 km/h = 13,9 m/s
• sreactie = v x t = 13,9 x 0,8 = 11,12 m
• trem = 1,6 s
• vrem = (50 + 0)/2 = 25 km/h = 6,9 m/s
  
• srem = v x t = 6,9 x 1,6 = 11,04 m
  

Antwoord:

• Stopafstand = sreactie + srem 
• sstop = 11,12 + 11,04 = 22,16 m = 22 meter
  

Het wegdek en het weer hebben invloed op de remkracht en dus ook op de remweg. De snelheid van de auto is steeds 50 km/h.

Veiligheidsmaatregelen 

1. Kooiconstructie
2. kreukelzone
3. Veiligheidsgordels
4. Airbags

Door de remweg te vergroten, worden de krachten verdeeld.

De kracht op je lichaam wordt dan kleiner.

'Veilig' botsen.

Zorg voor een langere rem-tijd

door gebruik van een:

• kreukelzone;
  
• airbag;
  
• veiligheidsgordel;
  
• kooiconstructie;
  
• actieve motorkap
  

Veiligheidsgordels en Airbags

• vergroten remweg

• groter oppervlakte => kleinere druk 

Veiligheidsmaatregelen - hoofd

• Veiligheidshelm

     harde buitenkant (kooiconstructie) +

     absorberend schuim => vergroten remweg

• Hoofdsteun

        Voorkomt dat je hoofd naar achteren schiet als je 

        van achteren wordt aangereden => ivm traagheid

Bekijk de volgende video

Let ook op de tijd (linksboven in beeld)

Botsproef met 50 km/h

Wat is niet goed in
orde bij de auto uit de video?
Kies het beste antwoord!

1. De airbag werkt niet.
2. De kooiconstructie ontbreekt.
3. De kreukelzone deukt niet goed in.
4. Er is geen bestuurder.

Veilig Verkeer Nederland adviseert om altijd een "afstand van 2 seconden" aan te houden op de auto voor jou.

Hoe groot moet deze afstand dan zijn als 

je zelf met een snelheid van  50 km/h (14 m/s) rijdt?

1. 16 meter
2. 28 meter
3. 52 meter
4. 100 meter

Bij een crashtest wordt een auto tegen een blok gereden. De voorkant van de auto wordt helemaal samen geperst.

Door welke veiligheidsmaatregel komt dit?

1. Doordat er een kreukelzone aan is gebracht in de voorkant van de auto
2. Door de kooiconstructie in de auto
3. Doordat de auto geen winterbanden had.
4. Door airbags in de auto

En nu aan de slag

Lees H16.3 goed door

Maak opgaven H16.3 (1 t/m 9 p. 230)

H16 Kracht en Beweging

H13 Geluid + H15 Bewegingen

16.1 Voortstuwen en tegenwerken + 16.2 Optrekken en afremmen

16.3 Veiligheid in het verkeer + 16.4 Kracht en Arbeid

Diagnostische toets H15+H16 + Herhaling H13+H15+H16

PTA: 21 maart 2024

Doel: 16.4 Kracht en arbeid

Doelen

Aan het eind van de les:

1. Kan ik de arbeid uitrekenen met de bijbehorende formule.
2. Kan ik de juiste eenheden bij de grootheden benoemen.
3. Kan ik berekening uitvoeren met zwaarte-energie en bewegingsenergie

Wat ga je doen deze les.

Filmpje over Arbeid => Vragen over het filmpje

Arbeid / Energie 

Zwaarte-energie en Kinetische Energie

Aan de slag

16.4 Kracht en arbeid

Arbeid: De inspanning die nodig is om een voorwerp een bepaalde afstand te verplaatsen

(W = F x s)

Kracht: is een grootheid dat een voorwerp van vorm of snelheid kan doen veranderen 

(F_z = m x g   of  F = m x a)

Arbeid (work):      W [Nm]

Kracht (Force):    F [N]

Afstand (Space): s [m]

Bij welke situaties wordt de formule
W=F x s gebruikt?

1. Een paard die een huifkar trekt.
2. Een duwboot die een bak met zand opduwt.
3. Een gewichtheffer die een halter omhoog duwt.
4. Een wipwap die in evenwicht is.

Voorbeeld:

Een voorwerp van 2 kg wordt over een afstand van 5 meter verplaatst. De versnelling van het voorwerp is 4 m/s2

Hoe groot is de arbeid

(bereken eerst de kracht)

Gegevens:

• m = 2 kg ; s = 5 m  ;  v = 4 m/s2 

Gevraagd:

• F = ? N  ;  W = ? J 

Formule/Uitwerking KRACHT

• F = m x a 
• F = 2 x 4 = 8 N
  

Formule/Uitwerking Arbeid

• W = F x s
• W = 8 x 5 = 40 J
  

Antwoord:

• De arbeid is 40 Joule

Arbeid en energie

arbeid: Is de energie die nodig is om iets te verplaatsen

bv: Ik zet de doos op de plank 

Energie: heeft de mogelijkheid om arbeid te verrichten; 

bv: De doos staat op de plank (zwaarte-energie)

zwaarte-energie

Bewegingsenergie

Een voorwerp wat beweegt heeft 

bewegingsenergie oftewel Kinetische energie

waarin:

           = kinetische energie in J

  m     = massa in kg

  v       = snelheid in m/s

E​kin​​=​2​​1​​mv​2​​

E​kin​​

Wet van behoud van energie

Energie gaat nooit verloren. 

Het kan alleen omgezet worden in een andere vorm.

Zwaarte-energie op hoogste punt = bewegingsenergie laagste punt

m x g x h = 0,5 x m x v2

• Gevraagd:    v = ? m/s
• Formule:       Ez = Eb  => m x g x h = 0,5 x m x v2
• Uitwerking:    250 x 10 x 48 = 0,5 x 250 x v2
•                       120 000  =  125 x v2   =>  v2 = 120 000 : 125 = 960
•                     v =       960 = 31 m/s = 112 km/h

afstand

massa

snelheid

kracht

arbeid

energie

[J]

E

W

[N]

F

[m/s]

v

[kg]

[km]

[m]

s

m

aan de slag

Lees H16.4 goed door en 

maak de opgaven 1 t/m 9 (p. 242)