Fysica

1. Fysica Wetten van Newton

2. 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. Sint-Paulusinstituut

3. Kinematica: Op welke wijze bewegen voorwerpen? • Dynamica: Waarom bewegen voorwerpen? Sint-Paulusinstituut

4. Isaac Newton Sint-Paulusinstituut

5. Sint-Paulusinstituut

6. Isaac Newton was the greatest English mathematician of his generation. • 1642 - 1727 • Brits natuurkundige, filosoof, wiskundige, sterrenkundige, theoloog en alchemist. • Cambridge • Voor zijn 25ste jaar 3 fundamentele ontdekkingen: • De universele gravitatie, • differentiaal- en integraalrekening • dispersie (kleurschifting). Sint-Paulusinstituut

7. Eerste wet van Newton Sint-Paulusinstituut

8. Vraag • Is het de natuurlijke neiging van voorwerpen om tot rust te komen? • 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? Sint-Paulusinstituut

9. Demonstratie • (waterbak) • Waarneming? Sint-Paulusinstituut

10. Waarneming • We verspillen water wanneer: • de bak in rust is en we de bak proberen te verplaatsen • de bak in beweging is en we de bak proberen te stoppen • de bak beweegt in de ene richting en we proberen van de bak te doen bewegen in een andere richting • Besluit? Sint-Paulusinstituut

11. 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) Sint-Paulusinstituut

12. Besluit Sint-Paulusinstituut

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

14. Voorzie de volgende voorbeelden van de nodige uitleg • Bezem en bezemsteel • Ketchup • … Sint-Paulusinstituut

15. Definitie • De traagheid is de weerstand die een voorwerp ondervindt als het verandert van bewegingstoestand. Sint-Paulusinstituut

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

17. 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 Sint-Paulusinstituut

18. 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. Sint-Paulusinstituut

19. 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. Sint-Paulusinstituut

20. Denk daar eens over na • Tot op de dag van vandaag denkt men dat er een kracht nodig is om een beweging te onderhouden. Sint-Paulusinstituut

21. 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 … Sint-Paulusinstituut

22. Check • Stel je een plaats in de kosmos voor ver van alle gravitatie. Een astronaut werpt daar een rots. De rots zal: • geleidelijk aan stoppen. • verder bewegen in dezelfde richting aan constante snelheid. Sint-Paulusinstituut

23. 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”. Sint-Paulusinstituut

24. 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. Sint-Paulusinstituut

25. Andere definities • Traagheid is de neiging van een voorwerp om veranderingen in snelheid te weerstaan. • Traagheid is de neiging van een voorwerp om versnellingen te weerstaan. Sint-Paulusinstituut

26. De eerste wet van Newton • Het gedrag van voorwerpen waarbij resultante = 0. • a = 0 m/s2 • Traagheidswet Sint-Paulusinstituut

27. Tweede wet van Newton Sint-Paulusinstituut

28. 2 variabelen • De tweede wet zegt dat de versnelling van een 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? Sint-Paulusinstituut

29. Besluit Sint-Paulusinstituut

30. GH - EH Sint-Paulusinstituut

31. Besluit Sint-Paulusinstituut

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

33. Opdr. 21 Sint-Paulusinstituut

34. Voorbeeld • Wat is de zin van de resultante in figuur A & in figuur B? Sint-Paulusinstituut

35. Opdr. 31 Sint-Paulusinstituut

36. De Grote Misvatting Sint-Paulusinstituut

37. So what's the big deal? • De eerste wet van newton en F=m.a zijn niet zo verschrikkelijk moeilijk!!! • Betekenis! Sint-Paulusinstituut

38. Belangrijk • Krachten veroorzaken geen beweging maar versnellingen!!! Sint-Paulusinstituut

39. Are You Infected with the Misconception? Sint-Paulusinstituut

40. 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!!! Sint-Paulusinstituut

41. Teken de krachten werkzaam op de man met de slee. Sint-Paulusinstituut

42. Vrije val en luchtweerstand Sint-Paulusinstituut

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

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

45. 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

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

47. Sint-Paulusinstituut

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

49. 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

50. 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