info@wetenschapsnet.com

Waarom ligt een voorwerp stil nadat het valt? De wetenschap van beweging.

Wetenschap is voor iedereen

Waarom ligt een voorwerp stil nadat het valt? De wetenschap van beweging.

“Als een appel valt, valt de maan dan ook?”

Deze vraag stelde Sir Isaac Newton zich honderden jaren geleden. Wat volgde was een wetenschappelijke revolutie. In dit artikel gaan we proberen uit te leggen wat beweging is. Ook gaan we kijken naar waarom iets versnelt of juist afremt. Wat voor krachten komen hierbij kijken?

Sir Isaac Newton

Beweging en krachten

Er zijn verschillende soorten krachten die zorgen voor beweging. Laten we kort de 2 belangrijkste hiervan bespreken (op zwaartekracht na). De eerste noemen we kinetische energie, oftewel bewegingsenergie. Dit is de energie die een voorwerp heeft tijdens het bewegen. Je rekent deze energie uit met de volgende formule: Ek = 0,5 * m * v2. Dit betekent: kinetische energie = 0,5 keer massa keer de snelheid in het kwadraat. Dan is er nog de zwaarte-energie, dit heeft te maken met de hoogte waar het voorwerp zich bevindt, in stilstand. Je rekent deze uit met de volgende formule: Ez = m * g * h. Dit betekent: zwaarte-energie = massa keer zwaartekrachtsversnelling keer hoogte. De zwaartekrachtsversnelling (g) in Nederland is ongeveer 9,81 m/s2. Die kun je dus gewoon invullen in de formule.

Ez + Ek = constant

Een steen die hoog op een berg ligt heeft dus veel zwaarte-energie en geen kinetische energie. Maar zodra de bal gaat rollen (omdat je het een duw hebt gegeven) komt de steen steeds lager terecht en daardoor verliest het zwaarte-energie. Deze energie wordt tijdens het bewegen omgezet in kinetische energie en hierdoor gaat de steen steeds sneller rollen. De totale energie, als je de beide bij elkaar optelt veranderd dus nooit. Als er 100 Joule (de eenheid voor energie) aan zwaarte-energie was kan er ook maar 100 Joule aan energie ontstaan in de vorm van kinetische energie. Zodra de bal op een hoogte van 0 meter uiteindelijk stilligt is er geen zwaarte-energie meer (iets vermenigvuldigen met 0 blijft 0), ook is er dan geen kinetische energie meer (nogmaals, 0 maal wat dan ook blijft 0). Alle energie is dus verbruikt.

De bewegingswetten van Newton

De eerste wet: de wet van traagheid

Een voorwerp waarop geen resulterende kracht werkt, is in rust of beweegt zich rechtlijnig met constante snelheid voort.

Een voorwerp is alles wat denkbaar is in ons universum. Dit kan van alles zijn, bijv. een zandkorrel, een auto, een wolkenkrabber of de zon. Op zo’n voorwerp kunnen verschillende krachten worden uitgeoefend. Al deze krachten samen wordt de resulterende kracht genoemd. Als er geen resulterende kracht op een voorwerp is kunnen er twee dingen gebeuren: een voorwerp kan in rust verkeren, oftewel stilstaan, of een voorwerp kan bewegen. Dit gebeurt dan in een rechte lijn met een snelheid die steeds gelijk is (constante snelheid, dus het versnelt of vertraagd niet).

Wat betekent deze wet nou eigenlijk? De eerste wet laat zien dat er niet altijd kracht nodig is voor beweging. Kracht is alleen nodig om te remmen, om sneller te gaan of te sturen. Dit betekent dat in een vacuüm een voorwerp dat ooit eens een zetje heeft gekregen om een bepaalde snelheid te krijgen het deze altijd behoudt en in een rechte lijn blijft door bewegen totdat er een andere kracht op werkt. Dus er is pas verandering van beweging wanneer er nieuwe krachten of veranderende krachten op het voorwerp werken.

De tweede wet: kracht veranderd de snelheid

De verandering van de impuls (impuls = massa keer snelheid) is recht evenredig met de resulterende kracht en volgt de rechte lijn waarin de kracht werkt.

Wat gebeurt er dan als er wel een resulterende kracht op een voorwerp drukt? De snelheid verandert. Het voorwerp kan vertragen of versnellen. Recht evenredig betekent dat als het één toeneemt, dan doet het ander dit ook. De toename is dan ook even groot. Als de resulterende kracht met 10% toeneemt, dan doet de snelheid dit ook. Het voorwerp verplaats zich ook met de kracht mee. Als de kracht naar links beweegt, doet het voorwerp dit ook.

Recht evenredig: 100 = 10 keer 10.. Wanneer honderd 10 keer zo groot is (1000 dus), dan moet één van de tienen ook 10 keer zo groot worden: 1000 = 100 keer 10

Bij deze wet hoort ook een formule: F = m * a. F staat voor kracht (van het Engelse Force), m staat voor massa (niet te verwarren met gewicht en a voor de versnelling. Zo zie je dat voor kracht twee dingen nodig zijn: versnelling en massa. Wat heeft deze formule dan met de wet te maken? De wet legt eigenlijk uit waarom de formule zo is.

De derde wet: actie is reactie

Elke actie heeft een gelijke en tegenovergestelde reactie.

Misschien is dit wel het bekendste zinnetje uit de natuurkunde. Wat zegt de wet dan eigenlijk? Stel je hebt twee voorwerpen. Als het ene voorwerp kracht uitoefent op de ander, zal het andere voorwerp een even grote kracht uitoefenen op de ander. Je kan dus eigenlijk zeggen dat kracht altijd in paren voorkomt. De kracht op het ene voorwerp is immers even groot als op het andere voorwerp. De actie is het uitoefenen van kracht op het ene voorwerp en de reactie is dat het andere voorwerp weer kracht uitoefent op het andere voorwerp. De kracht wordt echter niet groter! De krachten heffen elkaar niet op, omdat zij op verschillende voorwerpen werken. De krachten treden gelijktijdig op.

Uit de derde wet van Newton kan men de wet van behoud van impuls afleiden: de totale hoeveelheid van beweging van een gesloten systeem verandert nooit.

Voorbeelden van de bewegingswetten (met uitleg)
Deel dit bericht:

Tags: , , , , , , , , , , , ,

nl_NLDutch
en_GBEnglish nl_NLDutch