Hoofdstuk 8 Natuurkunde vwo 5
§8.1 Arbeid
Arbeid, de natuurkundige omschrijving
Arbeid is het product van kracht en verplaatsing. Arbeid geef je aan met W.
Als de kracht constant is en dezelfde richting heeft als de verplaatsing, geldt:
W = F・s
W is de arbeid in N/m
F is de kracht in N
s is de verplaatsing in m
De eenheid N/m is gelijk aan Joule (J) volgens BINAS tabel 4.
Een kracht verricht arbeid. Als je fietst, verricht je spierkracht arbeid. En volgens de
formule moet er ook sprake zijn van een verplaatsing. Zonder verplaatsing verricht een
kracht geen arbeid.
Algemene formule voor de arbeid verricht door een kracht
De algemene formule voor de arbeid verricht door een kracht is dus:
W = F・s・cos(a)
W is de arbeid in Joule
F is de kracht in N
s is de verplaatsing in m
a is de hoek tussen de richting van de kracht en de richting van de verplaatsing, in
graden.
Staat de richting van de kracht loodrecht op de richting van de verplaatsing, dan is a =
90° en dan is de arbeid 0.
Arbeid is positief als de hoek a tussen 0 en 90 in zit.
Arbeid is negatief als de hoek a tussen 90 en 180 zit.
Arbeid door de zwaartekracht
In de formule W = F・s・cos(a) kun je s・cos(a) vervangen door Δh. Voor de arbeid die de
zwaartekracht heeft verricht, geldt dus:
Wzw = 土Fzw・Δh
Wzw is de arbeid in Joule
, Fzw is de zwaartekracht in N
Δh is het hoogteverschil in m
Gaat het voorwerp naar beneden, dan + (positief). Gaat het voorwerp naar boven, dan –
(negatief).
Arbeid door wrijvingskracht
De arbeid door een wrijvingskracht is altijd negatief, want de hoek is 180°. Je moet bij de
berekening van de arbeid door de wrijvingskracht uitgaan van de totaal afgelegde
afstand, niet van de verplaatsing.
De arbeid van elk van deze krachten bereken je dus met:
Ww = –Fw・s
Ww is de arbeid in J
Fw is de tegenwerkende kracht in N
s is de afstand in m
s is hier niet de verplaatsing, maar de totale afstand die het voorwerp heeft afgelegd.
§8.2 Energievormen
Chemische energie
De energie die ontstaat bij de verbranding van voedingsstoffen, noem je chemische
energie (Ech). Een deel van deze energie gebruikt je spierkracht om arbeid te verrichten.
Dit deel noem je de nuttige energie. Is de spierkracht constant, dan geldt: Ech,nuttig = Fspier・
s
Auto’s hebben brandstof nodig om te rijden. In de motor komt chemische energie vrij bij
het verbranden van bijvoorbeeld benzine. Daardoor is de motorkracht in staat om
arbeid te verrichten. Ook voor de motor geldt dat slechts een deel van de energie nuttig
wordt gebruikt. Is de motorkracht constant, dan geldt Ech,nuttig = Fmotor・s
Voor elk apparaat waarin energie wordt gebruikt om arbeid te verrichten, geldt:
Enuttig = F・s
Enuttig is de nuttige energie in J
F is de kracht in N
s is de verplaatsing in de richting van de kracht in m
De verhouding tussen de nuttige en de totale energie is het rendement van een
apparaat
𝐸 𝑛𝑢𝑡𝑡𝑖𝑔
η= 𝐸 𝑖𝑛
§8.1 Arbeid
Arbeid, de natuurkundige omschrijving
Arbeid is het product van kracht en verplaatsing. Arbeid geef je aan met W.
Als de kracht constant is en dezelfde richting heeft als de verplaatsing, geldt:
W = F・s
W is de arbeid in N/m
F is de kracht in N
s is de verplaatsing in m
De eenheid N/m is gelijk aan Joule (J) volgens BINAS tabel 4.
Een kracht verricht arbeid. Als je fietst, verricht je spierkracht arbeid. En volgens de
formule moet er ook sprake zijn van een verplaatsing. Zonder verplaatsing verricht een
kracht geen arbeid.
Algemene formule voor de arbeid verricht door een kracht
De algemene formule voor de arbeid verricht door een kracht is dus:
W = F・s・cos(a)
W is de arbeid in Joule
F is de kracht in N
s is de verplaatsing in m
a is de hoek tussen de richting van de kracht en de richting van de verplaatsing, in
graden.
Staat de richting van de kracht loodrecht op de richting van de verplaatsing, dan is a =
90° en dan is de arbeid 0.
Arbeid is positief als de hoek a tussen 0 en 90 in zit.
Arbeid is negatief als de hoek a tussen 90 en 180 zit.
Arbeid door de zwaartekracht
In de formule W = F・s・cos(a) kun je s・cos(a) vervangen door Δh. Voor de arbeid die de
zwaartekracht heeft verricht, geldt dus:
Wzw = 土Fzw・Δh
Wzw is de arbeid in Joule
, Fzw is de zwaartekracht in N
Δh is het hoogteverschil in m
Gaat het voorwerp naar beneden, dan + (positief). Gaat het voorwerp naar boven, dan –
(negatief).
Arbeid door wrijvingskracht
De arbeid door een wrijvingskracht is altijd negatief, want de hoek is 180°. Je moet bij de
berekening van de arbeid door de wrijvingskracht uitgaan van de totaal afgelegde
afstand, niet van de verplaatsing.
De arbeid van elk van deze krachten bereken je dus met:
Ww = –Fw・s
Ww is de arbeid in J
Fw is de tegenwerkende kracht in N
s is de afstand in m
s is hier niet de verplaatsing, maar de totale afstand die het voorwerp heeft afgelegd.
§8.2 Energievormen
Chemische energie
De energie die ontstaat bij de verbranding van voedingsstoffen, noem je chemische
energie (Ech). Een deel van deze energie gebruikt je spierkracht om arbeid te verrichten.
Dit deel noem je de nuttige energie. Is de spierkracht constant, dan geldt: Ech,nuttig = Fspier・
s
Auto’s hebben brandstof nodig om te rijden. In de motor komt chemische energie vrij bij
het verbranden van bijvoorbeeld benzine. Daardoor is de motorkracht in staat om
arbeid te verrichten. Ook voor de motor geldt dat slechts een deel van de energie nuttig
wordt gebruikt. Is de motorkracht constant, dan geldt Ech,nuttig = Fmotor・s
Voor elk apparaat waarin energie wordt gebruikt om arbeid te verrichten, geldt:
Enuttig = F・s
Enuttig is de nuttige energie in J
F is de kracht in N
s is de verplaatsing in de richting van de kracht in m
De verhouding tussen de nuttige en de totale energie is het rendement van een
apparaat
𝐸 𝑛𝑢𝑡𝑡𝑖𝑔
η= 𝐸 𝑖𝑛
