Kracht en veiligheid

NASK1/K/9 De kandidaat kan
1 verschillende soorten krachten herkennen en hiervan de werking en toepassing beschrijven: spierkracht

• veerkracht
• spankracht
• zwaartekracht
• wrijvingskracht
• magnetische kracht
• elektrische kracht
• grootte en richting
• vectorvoorstelling
• kracht meten met veerunster of krachtsensor

2 bij hefbomen in evenwicht uitleggen op welke manier met een kleine kracht een grote kracht wordt uitgeoefend en omgekeerd en hiervan voorbeelden kennen, ten minste:

• tang
• klauwhamer
• breekijzer
• steekwagen
• steek/ringsleutel
• momentsleutel

3 uitleggen hoe bij een katrol de richting van de kracht omgekeerd kan worden en de grootte van de kracht verminderd kan worden:

• vaste katrol
• losse katrol
• takels

4 de gemiddelde snelheid berekenen van een bewegend voorwerp

5 (s, t) en (v, t)diagrammen van bewegingen maken en in samenhang interpreteren:

• bewegingen met constante snelheid:
  * eenparig versnelde bewegingen
  * eenparig vertraagde bewegingen
  * andere bewegingen

6 de krachten herkennen en samenstellen die een rol spelen bij een beweging langs een rechte weg:

• aandrijfkracht en remkracht
• tegenwerkende krachten:
  * luchtwrijving
  * rolwrijving
• nettokracht

7 verschijnselen van traagheid verklaren, die zich bij snelheidsverandering voordoen

8 de werking van constructies uitleggen die de nadelige effecten van een botsing verminderen, ten minste:

• veiligheidsgordel
• veiligheidshelm
• kreukelzone
• hoofdsteun
• kooiconstructie
• airbag

9 omstandigheden herkennen die invloed hebben op de veiligheid tijdens het rijden, ten minste:

• reactietijd
• rijsnelheid
• staat van de banden en van het wegdek
• weersomstandigheden

10 de druk van een voorwerp berekenen, bij tenminste:

• veiligheidsgordel
• veiligheidshelm
• rijplaten
• rupsband
• tractorbanden
• mes
• punaise

formules:

v_gem = s / t
stopafstand = reactieafstand + remweg
p = F / A
F_z = m · g

Kracht en beweging

Soorten krachten

Je moet verschillende krachten kennen en beschrijven, bijvoorbeeld:

spierkracht	Fspier
veerkracht	Fveer
spankracht	Fs
zwaartekracht	Fz
wrijvingskracht	Fw
magnetische kracht	Fmagnetisch
elektrische kracht	Felektrisch

Zwaartekracht is de kracht waarmee de aarde aan een voorwerp trekt.
De aarde trekt aan elke kilogram met een kracht van 10 N. Je schrijft: g = 10 N/kg.
Als je het aantal kilogrammen weet, kun je de zwaartekracht berekenen:

Een stapel hout heeft een massa van 45 kg. Bereken de zwaartekracht die op deze stapel hout werkt.
gegeven:	m = 45 kg       g = 10 N/kg
gevraagd:	Fz
formule:	Fz = m * g
berekening:	Fz = 45 * 10
antwoord:	Fz = 450 N

Eigenschappen van een kracht

Een kracht heeft een grootte, een richting en een aangrijpingspunt (beginpunt).
Een vector (= pijl) heeft vergelijkbare eigenschappen.

kracht	vector
grootte	lengte
richting	richting
aangrijpingspunt	beginpunt

Een kracht teken je als een vector. Vaak gebruikt een krachtenschaal.
Voorbeeld: 1 cm ? 15 N (1 centimeter komt overeen met 15 newton)
Een kracht van 60 N teken je dus als een pijl met een lengte van 4 cm.

Voorbeeld: 1 cm ? 20 N (1 centimeter komt overeen met 20 newton)
Een kracht van 60 N teken je dus als een pijl met een lengte van 3 cm.

Een kracht kan een voorwerp

• een andere vorm geven,
• een andere snelheid geven,
• een andere richting geven.

Een kracht meet je met een veerunster.
In een veerunster zit een veer.
De veer rekt uit als je er een kracht aan hangt.
De uitrekking is een maat voor de kracht.

Grootheden en eenheden

grootheid	afkorting	eenheid	afkorting
kracht	F	newton	N
massa	m	kilogram	kg
	g	newton per kilogram	N/kg
druk	p	newton per vierkante meter	N/m2
oppervlakte	A	vierkante meter	m2
snelheid	v	meter per seconde	m/s
tijd	t	seconde	s

Samenstellen van krachten

Als twee krachten in dezelfde richting werken, kun je de krachten optellen.
Als twee kracht in tegenovergestelde richting werken, moet je de krachten van elkaar aftrekken.

Hefbomen

Met een hefboom kun je met een kleine kracht toch een grote kracht op een voorwerp uitoefenen.
Voorbeelden: tang, klauwhamer, breekijzer, steekwagen, steek/ringsleutel, momentsleutel.

Voor een hefboom in evenwicht geldt de hefboomregel:

De arm is de afstand van de kracht tot het draaipunt.



Voorbeeld 1:

Op een afstand van 30 cm tot het draaipunt werkt een kracht F1 van 200 N. Kracht F2 werkt op 50 cm afstand van het draaipunt. De hefboom is in evenwicht. Bereken F2.
Gegeven:	F1 = 200 N      l1 = 30 cm       l2 = 50 cm
Gevraagd:	F2
Formule:	F1 * l1 = F2 * l2
Berekening:	200 * 30 = F2 * 50 6000 = F2 * 50 F2 = 6000 / 50
Antwoord:	F2 = 120 N

Katrol en takel

Losse katrol: de katrol wordt samen met de last verplaatst. Het gewicht wordt over twee touwen verdeeld. Je hoeft dus maar de helft van het gewicht op te takelen. Je moet wel twee keer zo veel touw naar je toe trekken.
Vaste katrol: de richting van de kracht verandert. De grootte van de kracht verandert niet. Met een vaste katrol kun je een gewicht omhoog takelen, maar je kunt naar beneden trekken. Dat werkt gemakkelijker.

Een takel is een combinatie met een vaste en een losse katrol.

Kracht en oppervlakte

De kracht die op 1 vierkante meter werkt, noemen we druk.
Vaak rekenen we ook wel met de kracht per vierkante centimeter.

grootheid	afkorting	eenheid	afkorting
druk	p	newton per vierkante meter	N/m2
druk	p	newton per vierkante centimeter	N/cm2
kracht	F	newton	N
oppervlakte	A	vierkante meter	m2
oppervlakte	A	vierkante centimeter	cm2

Voorbeeld 2:

Een baksteen met een gewicht van 18 N ligt op zin zijkant. De oppervlakte waarmee de baksteen de ondergrond raakt, is 120 cm2. Bereken de druk die de baksteen op de grond uitoefent.
gegeven:	F = 18 N       A = 120 cm2
gevraagd	p
formule	p = F / A
berekening	p = 18 / 120
antwoord	p = 0,15 N/cm2

Kracht en snelheid

Voorwerpen komen in beweging door de aandrijfkracht. De beweging wordt tegengewerkt door de wrijvingskrachten.

Nettokracht = 0 N:	snelheid of beweging verandert niet.
Nettokracht > 0 N, nettokracht naar voren:	snelheid wordt groter, versnellen.
Nettokracnt < 0 N, nettokracht naar achteren:	snelheid wordt kleiner, vertragen.

Voorwerpen willen de beweging die zij hebben behouden. Dat noemen we traagheid.

Een kracht zorgt er voor dat een voorwerp een andere snelheid krijgt. Als de snelheid groter wordt, noemen we dat versnelling.
De versnelling geeft aan welke snelheid er per seconde bij komt.

Voorbeeld 3:
Een fietser heeft een snelheid van 2 m/s.
Hij rijdt een heuvel af en krijgt daardoor een versnelling van 0,5 m/s².
Wat is zijn snelheid na 12 seconden?

Uitwerking:
De versnelling is 0,5 m/s². Elke seconde komt er dus 0,5 m/s bij.
Na 12 seconden is er dus 12 * 0,5 = 6,0 m/s bij gekomen.
De fietser had al een snelheid van 2 m/s.
De totale snelheid na 12 seconden is dus 2 + 6 = 8 m/s.

Je hebt hierboven de volgende berekening uitgevoerd:

snelheid-op-het-eind = snelheid-aan-het-begin + versnelling x aantal-seconden.

In formulevorm: v_t = v₀ + a * t

grootheid	afkorting	eenheid	afkorting
eindsnelheid	vt	meter per seconde	m/s
beginsnelheid	v0	meter per seconde	m/s
versnelling	a	meter per seconde-kwadraat	m/s2
tijd	t	seconde	s

Voor de verandering van de snelheid (versnelling of vertraging) is een kracht nodig.
Een grotere versnelling of vertraging vereist een grotere kracht.
Om een voorwerp met een grote massa een versnelling te geven, is meer kracht nodig dan om een voorwerp met een kleine massa dezelfde versnelling te geven.

kracht = massa * versnelling

F = m * a

grootheid	afkorting	eenheid	afkorting
kracht	F	newton	N
massa	m	kilogram	kg
versnelling	a	meter per seconde-kwadraat	m/s2
	g	newton per kilogram	N/kg

Voorbeeld 4:

Een auto trekt op. De versnelling is 1,5 m/s2. De massa van de auto is 800 kg. Bereken de aandrijfkracht die voor deze versnelling nodig is.
Gegeven	m = 800 kg       a = 1,5 m/s2
Gevraagd:	F
Formule:	F = m * a
Berekening:	F = 800 * 1,5
Antwoord:	F = 1200 N

---