Natuurkunde V5:

1. Natuurkunde V5: M.Prickaerts 22-08-13

2. Mechanica • De mechanica is het onderdeel van de natuurkunde dat zich bezighoudt met bewegingen van voorwerpen onder invloed van de krachten die erop werken. • De kinematica is een onderdeel van de mechanica dat de beweging van een lichaam bestudeert zonder zich af te vragen wat de oorzaak van deze beweging is. • Het verband tussen kracht(en) en beweging wordt bestudeerd in de dynamica. • In de kinematica wordt ook de vorm van het object verwaarloosd, en wordt het geabstraheerd tot een puntmassa.

3. Verschil • Kinematica: Op welke wijze bewegen voorwerpen? • Dynamica: Waarom bewegen voorwerpen?

4. Isaac Newton

5. Newton • Isaac Newton was the greatest English mathematician of his generation. • 1642 - 1727 • Brits natuurkundige, filosoof, wiskundige, sterrenkundige, theoloog en alchemist. • Cambridge • Voorzijn 25ste jaar 3 fundamenteleontdekkingen: • De universelegravitatie, • differentiaal- en integraalrekening • dispersie (kleurschifting).

6. Vraag • Is het de natuurlijkeneigingvanvoorwerpenom tot rust tekomen? • Een voorwerp in rust blijft in rust? • Een voorwerp in beweging gaat naar rust? • Is er een kracht nodig is om een beweging te onderhouden?

7. Besluit • Een voorwerp in rust … • probeer in rust te blijven • Een voorwerp dat beweegt … • probeert in beweging te blijven aan dezelfde snelheid en in dezelfde richting (geen versnellende voorwerpen)

8. Besluit

9. Voorbeelden • Hebben jullie ooit traagheid ervaren? • In de auto, moto, ladder op vrachtwagen, skateboard • … • keep on doing what it is doing

10. Definitie • De traagheid is de weerstand die een voorwerp ondervindt als het verandert van bewegingstoestand.

11. Vraag • Waarom is er niemand voor Newton op deze wet gekomen? • Wat waren de bestaande wetten die gehanteerd/ aanvaard werden rond zijn tijd?

12. Antwoord • In de 17de eeuw stemde het begrip traagheid niet overeen met de meer populaire concepten van beweging. • Men dacht dat het de natuurlijke neiging was van voorwerpen om tot rust te komen. • Bewegende voorwerpen zouden uiteindelijk stoppen met bewegen als er geen kracht was die het voorwerp onderhield om te bewegen. • Een bewegend voorwerp zou eindelijk tot rust komen en een voorwerp in rust blijft in rust. • Dat was het idee dat bijna 2000 jaar domineerde: het was de natuurlijke neiging van voorwerpen om een rust positie aan te nemen

13. Verder • Galileo, de eerste wetenschapper van de zeventiende eeuw, ontwikkelde het begrip van traagheid. • Galileo beredeneerde dat bewegende voorwerpen uiteindelijk stoppen door een kracht die we wrijving noemen. • Galileo observeerde een bal die via een helling naar beneden rolde en via een andere weer omhoog rolde.

14. Verder • Isaac Newton bouwde verder op de ideëen van Galileo van beweging. • De eerste wet van Newton vertelt ons dat er geen kracht nodig is om een voorwerp in beweging te houden. • Duw een boek over de tafel en kijk hoe het stopt. • Het bewegende boek komt niet tot rust door het gebrek aan een kracht.

15. Denk daar eens over na • Tot op de dag van vandaag denkt men dater een kracht nodig is om een beweging te onderhouden.

16. Vraag • Alle voorwerpen weigeren veranderingen in hun beweging. Alle voorwerpen ondervinden traagheid. • Hebben sommige voorwerpen meer de neiging om veranderingen te weerstaan/weigeren dan anderen? • Ja. • Van wat hangt dat af? • Massa • Meer massa, meer …

17. Check • Stel je eenplaats in de kosmosvoorvervan allegravitatie. Een astronaut werptdaareen rots. De rots zal: • geleidelijkaanstoppen. • verderbewegen in dezelfderichtingaanconstantesnelheid.

18. Check check • Bert en Mandhond zitten in de cafeteria. Mandhond zegt dat indien hij zijn blommen met een grotere snelheid werpt, het een grotere traagheid zal ondervinden. Bert zegt dat traagheid niet afhangt van de snelheid, maar eerder van de massa afhangt. Met wie ga je akkoord? Waarom? • Traagheid hangt enkel af van de massa van een voorwerp. • Hoe meer massa, hoe meer “traagheid”.

19. Check check check • Indien je in een gewichtloze omgeving in de ruimte was, zou het een kracht vereisen om een voorwerp in beweging te zetten? • Ja zeker! Zelfs in de ruimte hebben voorwerpen een massa. En als ze massa hebben, ondervinden ze traagheid.

20. Andere definities • Traagheid is de neiging van eenvoorwerpomveranderingen in snelheidteweerstaan. • Traagheid is de neiging van eenvoorwerpomversnellingenteweerstaan.

21. De eerste wet van Newton • Het gedrag van voorwerpenwaarbijresultante= 0 N (waardoor de snelheidnietverandert) (let op VECTOR) • a = 0 m/s2 • Traagheidswet

22. 2 variabelen • De tweede wet zegt dat de versnelling vaneen voorwerp van 2 variabelen afhangt: • De resultante • De massa van het voorwerp • Is de versnelling recht of omgekeerd evenredig met de aangewende kracht? • Is de versnelling recht of omgekeerd evenredig met de massa van het voorwerp?

23. Besluit

24. GH - EH

25. Besluit

26. Opmerking • Nog niet benadrukt: • De resultante is recht evenredig met de versnelling. • NIET: • Een enige/enkele/individuele kracht

27. Voorbeeld • Wat is de zin van de resultante in figuur A & in figuur B?

28. De Grote Misvatting

29. So what's the big deal? • De eerste wet van newton en F=m.azijn niet zo verschrikkelijk moeilijk!!! • Betekenis!

30. Belangrijk • Krachten veroorzaken geen beweging maar versnellingen

31. In rust of in beweging? • Beide. • Een voorwerp in rust blijft in rust. • Een voorwerp dat beweegt blijft in beweging aan dezelfde snelheid en in dezelfde richting. • Krachten veroorzaken geen beweging maar versnellingen!!!

32. Teken de krachten werkzaam op de man met de slee.

33. Vrije val en luchtweerstand Sint-Paulusinstituut

34. Vrije val • Demonstratie • (tennisballen) • Waarneming? Sint-Paulusinstituut

35. Waarneming • Beide ballen vallen tegelijk op de grond! • Waarom? Sint-Paulusinstituut

36. Vrije val • Speciaal type van beweging: enige kracht  zwaartekracht (luchtweerstand te verwaarlozen) • Passen we de tweede wet van Newton toe: • Fz = 100 N Fz = 10 N •  eerste voorwerp grotere versnelling • Van wat hangt de versnelling af? • Kracht & massa Sint-Paulusinstituut

37. Vrije val • Eerste voorwerp ondervindt meer traagheid. • a = 100 N / 10 kg a = 10 N / 1 kg • Besluit? Sint-Paulusinstituut

38. Sint-Paulusinstituut

39. Besluit • De verhouding F/m is voor beide voorwerpen dezelfde! • De verhouding F/m = versnelling van het voorwerp! Sint-Paulusinstituut

40. Luchtweerstand • Voorwerp dat valt  luchtweerstand • Wat is luchtweerstand? • Botsingen met luchtmoleculen Welke factoren hebben direct verband met de hoeveelheid luchtweerstand die een voorwerp ondervindt? • Snelheid • Contactoppervlak van het voorwerp Hoe meer een voorwerp in botsing komt met luchtmoleculen  hoe meer luchtweerstand Sint-Paulusinstituut

41. Vraag - situaties waar voorwerpen luchtweerstand ondervinden • Bereiken voorwerpen, die weerstand van de lucht ondervinden, uiteindelijk een bepaalde eindsnelheid? • Waarom vallen grotere massa’s sneller dan kleinere massa’s? Sint-Paulusinstituut

42. Luchtweerstand • Wie raakt eerst de grond? De olifant of de veer? • Waarom? Sint-Paulusinstituut

43. h = & t0 = • Animatie te zien: • Beweging olifant + beweging veer • Vector versnelling • Waarom valt de olifant sneller? Sint-Paulusinstituut

44. Juist of fout? • De olifant ondervindt een kleinere luchtweerstand dan de veer en valt daarom sneller. • De olifant heeft een grotere versnelling dan de veer en valt daarom sneller. • Zowel de olifant als de veer hebben deze zwaartekracht, toch heeft de olifant een grotere versnelling. • Zowel de olifant als de veer hebben deze zwaartekracht, toch ondervindt de veer een grotere luchtweerstand. • Elk voorwerp ondervindt dezelfde luchtweerstand, toch ondervindt de olifant een grotere zwaartekracht. • Elk voorwerp ondervindt dezelfde luchtweerstand, toch ondervindt de veer een grotere zwaartekracht. • De olifant ondervindt minder luchtweerstand dan de veer en bereikt dan een grotere eindsnelheid. • De veer ondervindt meer luchtweerstand dan de olifant en bereikt daarom een kleinere eindsnelheid. • De olifant en de veer ondervinden dezelfde luchtweerstand, toch heeft de olifant een grotere snelheid. Sint-Paulusinstituut

45. Antwoord • Alle stellingen  fout • Voorwerpen niet in evenwicht  beide versnellen • Voorwerpen vallen en ondervinden een opwaartse kracht: luchtweerstand • Luchtweerstand hangt af van • De snelheid van het vallend voorwerp • Het contactoppervlak van het voorwerp • Stel dezelfde snelheid  olifant meer luchtweerstand • Maar waarom valt de olifant sneller terwijl hij meer luchtweerstand ondervindt? • Luchtweerstand vertraagt toch je voorwerp? Sint-Paulusinstituut

46. Antwoord - Wet van Newton • Voorwerp versnelt  als resultante •  Luchtweerstand vergroot • Voorwerp versnelt niet meer  Luchtweerstand groot genoeg is • De olifant  grotere massa •  grotere zwaartekracht •  versnelt gedurende een langere periode tot wanneer de luchtweerstand de zwaartekracht kan opheffen •  ERB: bepaalde snelheid tot einde Sint-Paulusinstituut

47. Tekening Sint-Paulusinstituut

48. Besluit • De olifant valt sneller dan de veer omdat het nooit de eindsnelheid bereikt. De olifant blijft versnellen. Daarbij neemt de luchtweerstand toe. • De veer bereikt snel zijn eindsnelheid. Vereist niet veel luchtweerstand alvorens zijn eindsnelheid ophoudt. De veer bereikt zijn eindsnelheid in een vroeg stadium van zijn val. • Als er geen luchtweerstand zou zijn, wie zou er dan eerst op de grond aankomen? Sint-Paulusinstituut

49. Eindsnelheid • Waarom bereiken voorwerpen, die luchtweerstand ondervinden, uiteindelijk een bepaalde eindsnelheid? Sint-Paulusinstituut

50. Skydiver Sint-Paulusinstituut