4T, CT2, Krachten en Veiligheid (4T)

• Nask / Techniek
• Middelbare school
• vmbo k
• Leerjaar 4

CT 2 week

Kracht en Veiligheid 

4T

H.3: Krachten

H.10: Krachten

H.14: Werktuigen

H.15: Bewegingen

H.16: Krachten en beweging

Krachten herkennen

een kracht zelf kun je niet zien

 3 effecten van een kracht wel:

*snelheid verandering 

*richting verandering

*vervorming

Spierkracht

Onstaat door het 

spannen van spieren

Spankracht en veerkracht

Spankracht ontstaat in rekbare materialen, terwijl veerkracht ontstaat in verende materialen.

Spankracht gebeurt bv. bij touw (je ziet niet dat het uitgerekt wordt)

Veerkracht gebeurt bv. bij elastiek (je ziet wel dat het uitgerekt wordt)

Zwaartekracht

De zwaartekracht is de kracht die de aarde uitoefent op voorwerpen. Door de zwaartekracht valt alles naar beneden.

Zwaartekracht

Rekenen aan de zwaartekracht:

Fz = massa * gravitatieconstante

Fz = m * g

 

g = 10 op aarde

dit geldt alleen op aarde

Magnetische kracht

Krachten tekenen

A: Richting

B: Aangrijpingspunt

C: Grootte

Krachtenschaal. 

Bijvoorbeeld: 1 cm ≙ 5 N. 

Vector

Krachtenschaal

Je kunt de krachtenschaal korter schrijven.

Je zegt: 

• 1 cm komt overeen met 50 newton.
• Je schrijft: 1 cm ≙ 50 N.
• Dus ≙ betekent: komt overeen met.

Evenwicht

In deze situatie houden de krachten elkaar in evenwicht. Ze trekken even hard aan de zak, maar in tegenovergestelde richtingen. Daardoor gebeurt er niets: de zak beweegt niet omhoog en ook niet omlaag.

Fv

Fz

Normaalkracht

Bij de nettokracht F_net kijk je wat er gebeurt als je alle krachten samen neemt.

Krachten die in dezelfde richting werken mag je optellen.

Krachten die in tegengestelde richting werken haal je van elkaar af.

Een ander woord voor nettokracht is de resultante kracht F_res

Trekkrachten: 

touw, kettingen, kabels

Drukkract en trekkracht: 

palen, stangen, staven

DRUKKRACHT

TREKKRACHT

Constructies

• Druk- en trekkrachten in bouwmaterialen.
  
• Niet alle bouwmaterialen zijn even goed bestand tegen druk- en trekkrachten

Bouwmaterialen

Bakstenen

• Alleen drukkrachten
  

Beton

• Alleen drukkrachten
  
• Wapening voor trekkrachten
  

Hout

• Druk- en trekkrachten
  
• Kleine dichtheid = licht materiaal
  

Krachten samenstellen

In de volgende video legt meneer Wietsma uit hoe je 2 krachten samenstelt. 

Filmpjes

Nut van de hefboom

• Door een hefboom kun je een grotere kracht uitoefenen op een voorwerp. 
• Door de verhouding in de hefboom hoef je met een lange arm maar weinig kracht te zetten, om bij de korte arm heel veel kracht te krijgen.

Soorten hefbomen

Enkele hefboom

Een dubbele hefboom

Een nijptang bestaat uit een dubbele hefboom.

Bereken de kracht op de spijker.

Het moment van een kracht

Het moment is het product van kracht en arm

Hefbomen in werktuigen

F1 x l1 = F2 x l2

Evenwicht: M1 = M2

Hefbomen in werktuigen

1.2: Botsen en druk 

Druk = de kracht die wordt uitgeoefend op een bepaald oppervlakte.

druk

Bij een kleiner oppervlak hoort een grotere druk. Bij een groter oppervlak een kleinere druk.

Bij een grotere kracht hoort ook een grotere druk.

Druk (p)

Wanneer je het gewicht (de kracht) deelt door het oppervlak krijg je de druk.

In het engels is druk 'pressure', vandaar de afkorting p.

De druk (p) meet je in newton per vierkante meter (N/m²).

Losse katrol

In de afbeelding hiernaast zie je naast de vaste katrol ook een losse katrol. Een combinatie van een vaste en losse katrol heet een takel. Bij een losse katrol verander je de richting van  de kracht niet. Als je goed kijkt in de afbeelding zie je dat de kracht van het gewicht (100N = 10 kg) verdeeld wordt over de 2 touwen tussen de katrollen. Dit betekent dat je met minder kracht ( 50N ) het gewicht omhoog kunt trekken.

De vaste katrol

Een vaste katrol draait de kracht om. Je herkent een vaste katrol aan het feit dat hij VAST zit.

Katrollen en takels

Waarom een katrol?

• maakt tillen makkelijker 

Verschil Katrol en Takel?

• Een takel is een combinatie van                                           twee of meer katrollen 
• => kracht wordt verdeeld

De losse katrol

• Een losse katrol maakt ons sterker.
• De last wordt verdeeld over het aantal touwen waaraan de katrol hangt.
  
  

Te zwaar... gebruik dan een takel

Beweging in de stroboscopische foto

Stroboscopische foto

Afstand bepalen

Tabel van stroboscopische foto

Tijd bepalen

t (s)	s (m)
0	0
0,1	0,2
0,2	0,9
0,3	2
0,4	3,4
0,5	5,5

Eenparige beweging

Een beweging waarvan de snelheid constant blijft

De eenparige beweging

Bij een eenparige beweging verandert de snelheid niet: die blijft de hele tijd constant. Als je de gemiddelde snelheid kent, weet je meteen hoe groot de snelheid op elk moment van de beweging was. Bij een eenparige beweging geldt dus: 

Het (s,t)-diagram van een eenparige beweging

Het (v,t)-diagram van een eenparige beweging.

Eenparig versneld

Bij een eenparig versnelde beweging neemt de snelheid per seconde gelijkmatig toe. Je kunt dan de afstand die de auto tijdens de versnelling aflegt uitrekenen met: s = v_gem x t

De gemiddelde snelheid tijdens de versnelling kun je berekenen met: v_gem = (v_b+ v_e) : 2

Versnelde beweging

Een beweging waarvan de snelheid steeds groter wordt

Afstand tijdens versnelling berekenen

Een auto passeert het bord 'einde bebouwde kom'. De automobilist drukt het gaspedaal in. In 4,5 seconden loopt de snelheid op van 50 naar 80 km/h. Je mag ervan uitgaan dat de beweging eenparig versneld is.  Bereken hoe groot de afgelegde weg van de auto is tijdens deze versnelling.

Uitwerking in 5 stappen:

1) v_gem=                     = 65 km/h = 18,06 m/s       t = 4,5 s

2) s = ? 

3) s = v(gem) x t

4) s = 18,06 m/s x 4,5 s 

5) s = 81,25 m 

​2​​(v​b​​+v​e​​)​​

versnelling berekenen. 

Versnelling hangt af van de massa en nettokracht. een lichter voorwerp versnelt sneller dan een zwaarder voorwerp. 

Nettokracht = massa x versnelling                                               F_netto = m x a 

F_netto = Nettokracht in Newton (N)

m = de massa in kg

a = versnelling in m/s²

grootheid	symbool	eenheid
versnelling	a	meter per seconde kwadraat	m/s 2
eind snelheid	v e	meter per seconde	m/s
begin snelheid	v b	meter per seconde	m/s
tijdsduur	t	seconde	s

Versnelling uit 2 snelheden

vertraagde beweging

Een beweging waarvan de snelheid steeds kleiner wordt.

Bewegingen

De versnelde beweging:

Bij deze beweging wordt de snelheid steeds groter.

Elke seconde wordt er meer afstand afgelegd.

De eenparige beweging (constant):

Bij deze beweging blijft de snelheid constant (gelijk)

Elke seconde wordt er dezelfde afstand afgelegd.

De vertraagde beweging:

Bij deze beweging wordt de snelheid steeds kleiner.

Elke seconde wordt er minder afstand afgelegd

Aandrijfkracht

De kracht waardoor een voertuig beweegt noem je de aandrijfkracht of stuwkracht.

Dit is een meewerkende kracht.

Voortstuwen en tegenwerken

Om voorwerpen van snelheid te laten veranderen, heb je voortstuwende krachten of tegenwerkende krachten nodig. 

Voorbeeld van voortstuwende krachten:

• spierkracht
• motorkracht
• windkracht

Voortstuwen en tegenwerken

Om voorwerpen van snelheid te laten veranderen, heb je voortstuwende krachten of tegenwerkende krachten nodig. 

Voorbeeld van tegenwerkende krachten:

• windkracht (luchtwrijving)
• remkracht
• rolwrijving

aandrijfkrachten - wrijvingskrachten =

Nettokracht

Hoe veranderd een kracht de snelheid

aandrijfkrachten - wrijvingskrachten

Nettokracht

Nettokracht = 0 N? -> constante snelheid

Nettokracht

Nettokracht = 0

evenwicht

Geen verandering

Nettokracht = 0

Verandering van beweging

/

Nettokracht

nettokracht

Stopafstand

• Stopafstand = reactieafstand + remweg.
• 2 seconden afstand tussen elkaar is een relatief veilige tijd en daardoor afstand (volgafstand).

stopafstand

de afstand van de 2 samen noem je stop-afstand

Eenparig vertraagd

Bij een eenparig vertraagde beweging neemt de snelheid per seconde gelijkmatig af. 

Je kunt dan de afstand die de auto tijdens de vertraging aflegt uitrekenen met: s = v(gem) x t

De gemiddelde snelheid tijdens de versnelling kun je berekenen met: 

v(gem) = (Vb + Ve) : 2

Gemiddelde snelheid berekenen

Een auto passeert het bord 'einde bebouwde kom'. De automobilist drukt het rempedaal in. In 4,5 seconden loopt de snelheid terug van 80 naar 50 km/h. Je mag ervan uitgaan dat de beweging eenparig vertraagd is. 

Bereken hoe groot de gemiddelde snelheid van de auto is.

Uitwerking:

v(begin) = 80 km/h

v(eind) = 50 km/h

v(gem) = (v(begin) + v(eind)) : 2

                = (80 + 50) : 2 = 65 km/h        De tijd in deze opgave heeft dus geen effect op de                                                                                                gemiddelde snelheid

wat kan reactietijd beinvloeden?

- vermoeidheid

- medicijngebruik

- ouder worden

- afgeleid worden

- alcoholgebruik

Veilige snelheid 

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

1. Het soort weg (binnen of buiten de bebouwde kom)
2. Het overige verkeer (voldoende afstand / rekening houden met overige verkeersdeelnemers)
3. Het weer (bij glad wegdek neemt stopafstand toe)
4. Bijzondere omstandigheden

Veiligheidsmaatregelen 

• Kooiconstructie
• kreukelzone
• Veiligheidsgordels
• Airbags

Door de remweg te vergroten, worden de krachten verdeeld.

De kracht op je lichaam wordt dan kleiner.

Veiligheidsmaatregelen - hoofd

• Veiligheidshelm

        Is opgebouwd uit een harde buitenkant

        (kooiconstructie) en absorberend 

        schuim (vergroten remweg)

• Hoofdsteun

        Voorkomt dat je hoofd naar achteren schiet als je van                        achteren wordt aangereden (traagheid)

Arbeid

• Arbeid is de hoeveelheid energie die je aan een voorwerp geeft door het met een kracht over een afstand te verplaatsen. 
  

• Geen kracht? Geen arbeid.
  
• Geen verplaatsing? Geen arbeid.
  
• Arbeid werkt altijd in de richting van de beweging. 

Arbeid berekenen

Arbeid hangt af van kracht en afstand (weg) 

Arbeid = kracht x afstand

W=F⋅s

• W is de geleverde arbeid in Joule (J)
• F is de kracht in Newton (N)
• s is de afstand in meters (m)

Zwaarte-energie/potentiele energie

Alle voorwerpen op hoogte bezitten 'zwaarte-energie'.

Formule:

Zwaarte-energie

• klimmen vereist arbeid. 
  
•  Arbeid wordt omgezet in zwaarte-energie
• Hoe hoger je komt hoe meer zwaarte energie je krijgt. 
• spring je naar beneden dan wordt zwaarte-energie omgezet in bewegingsenergie 

Zwaarte-energie berekenen

Zwaarte energie hangt af van massa, hoogte en valversnelling 

Zwaarte-energie = massa x valversnelling x hoogteverschil 

E​z​​=m⋅g⋅h

• E_z is de zwaarte-energie in Joule (J)
• m is de massa in kilogram (kg)
• g is de valversnelling (op aarde 10 m/s²)
• h is het hoogteverschil in meters (m)

E​z​​=m⋅10⋅h

Zwaarte-energie berekenen

Bewegingsenergie  hangt af van massa en snelheid.

bewegingsenergie  = 0,5 x massa x snelheid²

E​k​​=0,5⋅m⋅v​2​​

• E_k is de bewegingsenergie in Joule (J)
• m is de massa in kilogram (kg)
• v = snelheid in meter per seconde  (m/s)

Kinetische en zwaarte-energie

De formule voor zwaarte-energie luidt als volgt:

waarin: 

E_z  = zwaarte-energie (J)

m  = massa (kg)

g   = valversnelling (m/s²)

h   = hoogte (m)

Zwaarte-energie is een vorm van 

potentiële energie. Wanneer je een krat optilt naar een bepaalde hoogte, heeft het door deze zwaarte-energie elke keer de neiging om (het heeft de potentie om) naar beneden te vallen van die hoogte. Wanneer het valt, zal de zwaarte-energie omgezet worden in kinetische energie tot het de grond raakt.

E​z​​=mgh

De formule voor kinetische energie luidt als volgt:

waarin:

E_kin  = kinetische energie (J)

m      = massa (kg)

v       = snelheid (m/s)

Zoals te zien is, is de kinetische energie afhankelijk van de snelheid waarmee het voorwerp met een bepaalde massa 

beweegt.

 

E​kin​​=​2​​1​​mv​2​​