TOEGEPASTE FYSICA
2022-2023
1
, Hoofdstuk 1: De wetten van Newton
Snelheid en de eerste wet van Newton
De snelheid van het voorwerp geeft aan hoe snel de positie van het voorwerp verandert.
Snelheid heeft een grootte, een richting en een zin => snelheid is een vectoriële grootheid
𝑠
𝑣= s = afstand t = tijd in m/s
𝑡
Eerste wet van Newton (traagheidsbeginsel)
Wanneer er geen resulterende kracht inwerkt op een voorwerp, kan zijn snelheid niet veranderen.
OF
Een voorwerp waarop geen resulterende kracht inwerkt, behoudt zijn bewegingstoestand.
Versnelling en de tweede wet van Newton
De versnelling van het voorwerp geeft weer hoe de snelheid van het voorwerp verandert met de tijd.
Versnelling heeft een grootte, een richting en een zin => versnelling is een vectoriële grootheid
Tangentiële versnelling:
- raakt de baan van het bewegend voorwerp => zelfde richting als de snelheid
- vertelt hoe de grootte van de snelheid verandert
- geen tangentiële versnelling => grootte van de snelheid verandert niet
Normale versnelling:
- staat loodrecht op de baan van het bewegend voorwerp => staat loodrecht op de snelheid
- vertelt hoe de richting van de snelheid verandert
- geen normale versnelling => snelheid verandert niet van richting
𝐹
𝐹 = 𝑚 . 𝑎 <=> 𝑎 = 𝑚 m = massa vw F = kracht in m/s²
Tweede wet van Newton
Een voorwerp ervaart altijd een versnelling 𝑎⃗ wanneer er een resulterende kracht 𝐹⃗ op inwerkt.
𝐹⃗ = 𝑚𝑎⃗
2
, De derde wet van Newton
Derde wet van Newton (wet van actie en reactie)
Wanneer twee voorwerpen met elkaar interageren, dan zijn de krachten die de voorwerpen op elkaar
uitoefenen even groot, ze hebben dezelfde richting, maar ze zijn tegengesteld in zin.
Een actiekracht en een reactiekracht grijpen nooit op hetzelfde voorwerp aan; actie- en reactiekrachten
kunnen elkaar nooit neutraliseren.
Enkele veel voorkomende krachten
De gravitatiekracht
𝑀. 𝑚
𝐹𝑔𝑟𝑎𝑣 = 𝐺𝑔𝑟𝑎𝑣 . met Ggrav = 6,67 . 10-11 N.m²/kg (deze formule gebruiken als het VW ver van de aarde is)
𝑟2
⃗⃗⃗⃗
𝐹𝑧 = 𝑚 ⋅ 𝑔⃗ met g = 9,81 m/s²
De zwaartekracht of gravitatie is een aantrekkende kracht die twee of meer lichamen op elkaar
uitoefenen.
De normaalkracht
De normaalkracht is de kracht die een ondergrond geeft aan een voorwerp dat steunt
op die ondergrond.
Normaalkracht:
- staat altijd loodrecht op de ondergrond
- past zich aan
De veerkracht
De veerkracht is de kracht van een veer op een voorwerp.
De veerkracht wordt beschreven door de wet van Hooke:
𝐹𝑣𝑒𝑒𝑟 = −𝑘 ⋅ 𝑑⃗
⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ k = sterkte van de veer
De spankracht
Spankracht:
- 1 touw geeft altijd dezelfde spankracht
- de richting is altijd evenwijdig met het touw
- afhankelijk van hoe hard je trekt
3
, Hoofdstuk 2: Energie
Arbeid en energie
Arbeid A houdt verband met de kracht F die op een lichaam inwerkt en de verplaatsing d die daarbij
gerealiseerd wordt.
𝐴 = 𝐹⃗ ⋅ 𝑑⃗ = 𝐹𝑑𝑐𝑜𝑠 𝜃 in J (N.m)
Als 𝐹⃗ 𝑒𝑛 𝑑⃗ evenwijdig zijn en dezelfde zin hebben, dan is de arbeid maximaal en positief
Als 𝐹⃗ 𝑒𝑛 𝑑⃗ loodrecht op elkaar staan, dan is de arbeid nul
Als 𝐹⃗ 𝑒𝑛 𝑑⃗ evenwijdig zijn en tegengestelde zin hebben, dan is de arbeid maximaal en negatief
Als een voorwerp arbeid kan leveren, dan zeggen we dat het energie bezit.
1 cal = 4,186 J
Kinetische energie
= snelheidsenergie
Kinetische energie = de energie die een voorwerp (met massa m) bezit omwille van zijn snelheid v
1
𝐸𝑘𝑖𝑛 = 𝑚𝑣 2 in J (N.m)
2
Potentiële energie
= energie van plaats
Potentiële energie = de energie die een voorwerp bezit omwille van zijn positie in de ruimte
Een vw bezit enkel Epot op een plaats in de ruimte, wanneer er in deze ruimte een krachtveld actief is.
De potentiële energie in het krachtveld van de aarde
De potentiële energie van een voorwerp met massa m, dat zich op een hoogte h tov het aardoppervlak
bevindt:
𝐸𝑝𝑜𝑡 (ℎ) = 𝑚𝑔ℎ in J
(kg . m/s² . m = N . m)
Ieder systeem streeft naar een minimum aan potentiële energie.
4
, De potentiële energie in het krachtveld van een veer
De potentiële energie van een voorwerp dat aan een veer verbonden is die over een afstand x is
uitgerekt:
𝑘𝑥 2
𝐸𝑝𝑜𝑡 (𝑥) = met k de veerconstante in J
2
en x de uitrekking van de veer tov de ontspannen toestand (N/m . m²)
Ieder systeem streeft naar een minimum aan potentiële energie.
Behoud van energie
Bij alle processen in de natuur, blijft de totale energie van een gesloten systeem behouden.
Stelling van behoud van mechanische energie:
𝐸𝑘𝑖𝑛 (𝐴) + 𝐸𝑝𝑜𝑡 (𝐴) = 𝐸𝑘𝑖𝑛 (𝐵) + 𝐸𝑝𝑜𝑡 (𝐵) = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡
… indien wrijvingskrachten geen rol spelen
De fysica van een trainingscomputer
Het vermogen P is de verhouding van de arbeid ∆A tot de tijdsspanne ∆t waarbinnen de arbeid ∆A
geleverd wordt.
𝛥𝐴
𝑃= in W (J/s)
𝛥𝑡
5
2022-2023
1
, Hoofdstuk 1: De wetten van Newton
Snelheid en de eerste wet van Newton
De snelheid van het voorwerp geeft aan hoe snel de positie van het voorwerp verandert.
Snelheid heeft een grootte, een richting en een zin => snelheid is een vectoriële grootheid
𝑠
𝑣= s = afstand t = tijd in m/s
𝑡
Eerste wet van Newton (traagheidsbeginsel)
Wanneer er geen resulterende kracht inwerkt op een voorwerp, kan zijn snelheid niet veranderen.
OF
Een voorwerp waarop geen resulterende kracht inwerkt, behoudt zijn bewegingstoestand.
Versnelling en de tweede wet van Newton
De versnelling van het voorwerp geeft weer hoe de snelheid van het voorwerp verandert met de tijd.
Versnelling heeft een grootte, een richting en een zin => versnelling is een vectoriële grootheid
Tangentiële versnelling:
- raakt de baan van het bewegend voorwerp => zelfde richting als de snelheid
- vertelt hoe de grootte van de snelheid verandert
- geen tangentiële versnelling => grootte van de snelheid verandert niet
Normale versnelling:
- staat loodrecht op de baan van het bewegend voorwerp => staat loodrecht op de snelheid
- vertelt hoe de richting van de snelheid verandert
- geen normale versnelling => snelheid verandert niet van richting
𝐹
𝐹 = 𝑚 . 𝑎 <=> 𝑎 = 𝑚 m = massa vw F = kracht in m/s²
Tweede wet van Newton
Een voorwerp ervaart altijd een versnelling 𝑎⃗ wanneer er een resulterende kracht 𝐹⃗ op inwerkt.
𝐹⃗ = 𝑚𝑎⃗
2
, De derde wet van Newton
Derde wet van Newton (wet van actie en reactie)
Wanneer twee voorwerpen met elkaar interageren, dan zijn de krachten die de voorwerpen op elkaar
uitoefenen even groot, ze hebben dezelfde richting, maar ze zijn tegengesteld in zin.
Een actiekracht en een reactiekracht grijpen nooit op hetzelfde voorwerp aan; actie- en reactiekrachten
kunnen elkaar nooit neutraliseren.
Enkele veel voorkomende krachten
De gravitatiekracht
𝑀. 𝑚
𝐹𝑔𝑟𝑎𝑣 = 𝐺𝑔𝑟𝑎𝑣 . met Ggrav = 6,67 . 10-11 N.m²/kg (deze formule gebruiken als het VW ver van de aarde is)
𝑟2
⃗⃗⃗⃗
𝐹𝑧 = 𝑚 ⋅ 𝑔⃗ met g = 9,81 m/s²
De zwaartekracht of gravitatie is een aantrekkende kracht die twee of meer lichamen op elkaar
uitoefenen.
De normaalkracht
De normaalkracht is de kracht die een ondergrond geeft aan een voorwerp dat steunt
op die ondergrond.
Normaalkracht:
- staat altijd loodrecht op de ondergrond
- past zich aan
De veerkracht
De veerkracht is de kracht van een veer op een voorwerp.
De veerkracht wordt beschreven door de wet van Hooke:
𝐹𝑣𝑒𝑒𝑟 = −𝑘 ⋅ 𝑑⃗
⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ k = sterkte van de veer
De spankracht
Spankracht:
- 1 touw geeft altijd dezelfde spankracht
- de richting is altijd evenwijdig met het touw
- afhankelijk van hoe hard je trekt
3
, Hoofdstuk 2: Energie
Arbeid en energie
Arbeid A houdt verband met de kracht F die op een lichaam inwerkt en de verplaatsing d die daarbij
gerealiseerd wordt.
𝐴 = 𝐹⃗ ⋅ 𝑑⃗ = 𝐹𝑑𝑐𝑜𝑠 𝜃 in J (N.m)
Als 𝐹⃗ 𝑒𝑛 𝑑⃗ evenwijdig zijn en dezelfde zin hebben, dan is de arbeid maximaal en positief
Als 𝐹⃗ 𝑒𝑛 𝑑⃗ loodrecht op elkaar staan, dan is de arbeid nul
Als 𝐹⃗ 𝑒𝑛 𝑑⃗ evenwijdig zijn en tegengestelde zin hebben, dan is de arbeid maximaal en negatief
Als een voorwerp arbeid kan leveren, dan zeggen we dat het energie bezit.
1 cal = 4,186 J
Kinetische energie
= snelheidsenergie
Kinetische energie = de energie die een voorwerp (met massa m) bezit omwille van zijn snelheid v
1
𝐸𝑘𝑖𝑛 = 𝑚𝑣 2 in J (N.m)
2
Potentiële energie
= energie van plaats
Potentiële energie = de energie die een voorwerp bezit omwille van zijn positie in de ruimte
Een vw bezit enkel Epot op een plaats in de ruimte, wanneer er in deze ruimte een krachtveld actief is.
De potentiële energie in het krachtveld van de aarde
De potentiële energie van een voorwerp met massa m, dat zich op een hoogte h tov het aardoppervlak
bevindt:
𝐸𝑝𝑜𝑡 (ℎ) = 𝑚𝑔ℎ in J
(kg . m/s² . m = N . m)
Ieder systeem streeft naar een minimum aan potentiële energie.
4
, De potentiële energie in het krachtveld van een veer
De potentiële energie van een voorwerp dat aan een veer verbonden is die over een afstand x is
uitgerekt:
𝑘𝑥 2
𝐸𝑝𝑜𝑡 (𝑥) = met k de veerconstante in J
2
en x de uitrekking van de veer tov de ontspannen toestand (N/m . m²)
Ieder systeem streeft naar een minimum aan potentiële energie.
Behoud van energie
Bij alle processen in de natuur, blijft de totale energie van een gesloten systeem behouden.
Stelling van behoud van mechanische energie:
𝐸𝑘𝑖𝑛 (𝐴) + 𝐸𝑝𝑜𝑡 (𝐴) = 𝐸𝑘𝑖𝑛 (𝐵) + 𝐸𝑝𝑜𝑡 (𝐵) = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡
… indien wrijvingskrachten geen rol spelen
De fysica van een trainingscomputer
Het vermogen P is de verhouding van de arbeid ∆A tot de tijdsspanne ∆t waarbinnen de arbeid ∆A
geleverd wordt.
𝛥𝐴
𝑃= in W (J/s)
𝛥𝑡
5
