Toegepaste fysica
De wetten van Newton
H1: De wetten van Newton
Snelheid + 1e wet van Newton
De snelheid van een vw geeft weer hoe snel de positie van een voorwerp veranderd
De snelheid heeft:
- Grootte (pythagoras: V2 = Vx2 + VY2)
- Richting (altijd rakend aan de baan)
- Zin (volgt de zin van de beweging)
-> is dus een vectoriële grootheid
1e wet van Newton:
Wanneer er geen resulterende kracht inwerkt op een vw, kan zijn snelheid niet veranderen.
Het voorwerp behoud zijn bewegingstoestand.
Kracht = wisselwerking van het voorwerp met zijn omgeving
grootheid eenheid
Snelheid V m/s
Versnelling + 2e wet van Newton
Een versnelling is een verandering van de snelheid.
Is ook een vectoriële grootheid.
1. Tagentiële versnelling:
Raakt aan de baan van het bewegend vw
Vector heeft zelfde richting als snelheid
Vertelt hoe de grootte van de snelheid veranderd
2. Normale versnelling:
Staat loodracht op de baan van het bewegend vw
Vector staat loodrecht op de snelheid
Vertelt hoe de richting van de snelheid veranderd
2e wet van Newton:
F=mxa
F = resulterende kracht = resultaat van alle krachten die op het vw inwerken = N(ewton)
grootheid eenheid
Versnelling a m/s2
3e wet van Newton
Er werkt een kracht in op het ene vw omwille van de aanwezigheid van het andere voorwerp
en omgekeerd.
3e wet van Newton = wet van actie en reactie
Wanneer 2 vw met elkaar interageren, dan zijn de krachten die de vw op elkaar uitoefenen
even groot, ze hebben dezelfde richting, maar ze zijn tegengesteld in zin.
1
,Enkele veel voorkomende krachten
Het gewicht G van een voorwerp met massa m:
G=mxg
Met g = 9,81 m/s2
1. De normaalkracht
= de kracht die je ondergaat vanwege de elastische ondergrond w normaalkracht
genoemd.
=N
heeft altijd een loodrechte richting op de ondergrond
2. De veerkracht
Wet van Hooke: F = -K x d
De kracht F is evenredig met de verplaatsing D
De evenredigheidsconstante = veerconstante K
Wnr er in de horizontale richtin geen kracht inwerkt op de veer, dan heeft de veer een
intspannen lengte: L0
3. De spankracht
= Wnr een touw onder spanning staat
=S
de krachten hebben dezelfde grootte
H2: Energie
Arbeid en energie
Arbeid A houdt verband met de kracht F die op een lichaam inwerkt en de verplaatsing die
daarbij gerealiseerd w.
A = F x d = Fdcosø
Arbeid is een scalair product
De eenheid: J
Als F en d evenwijdig zijn en dezelfde zin hebben
-> arbeid = max en +
Als F en d loodrecht op elkaar staan
-> arbeid = 0
Als f en d evenwijdig zijn en tegengestelde zin hebben
-> arbeid = max en –
Als een vw arbeid kan leveren dan zeggen we dat hij energie bezit.
Kinetische energie
= De energie die een vw (met massa m) bezit omwille van zijn snelheid V
= Ekin = ½ m x v2
2
,Potentiële energie
= De energie die een vw bezit omwille van zijn positie in de ruimte
= Epot(h) = m x g x h in krachtveld van aarde
2
= Epot(x) = KX /2 in krachtveld van een veer
x = uitrekking veer t.o.v ontspannen toestand
Een vw bezit enkel potentiële energie wnr er in de ruimte (krachtveld) een typische kracht
actief is.
Ieder systeem streeft naar een minimum aan potentiële energie
Vb: een appel valt naar beneden, hij verkiest op het aardopp te liggen, daar is zijn E pot lager
Behoud van energie
Bij alle processen in de natuur, blijft de totale energie van een gesloten systeem behouden.
Tijdens een verplaatsing kan de ene vorm van E omgezet w in een andere vorm.
Stelling van behoud van energie:
Ekin (A) + Epot (A) = Ekin (B) + Epot (B) = cte (Indien wrijvingskrachten geen rol spelen)
De fysica van een trainingscomputer
Het vermogen p van een atleet is de vehouding van de arbeid ∆A tot de tijdspannen ∆t
waarbinnen de arbeid geleverd w.
P = ∆A/∆t
grootheid eenheid
Vermogen P Watt (W) = J/s
De grootheden druk en dichtheid
H3: Dichtheid en druk
Dichtheid
= de verhouding van de massa van het materiaal tot het volume dat het materiaal inneemt.
P = m/v
grootheid eenheid
Dichtheid P Kg/m3
Voor vaste stoffen en vl is de relatieve dichtheid dT ven een materiaal gedefineerd als de
verhouding van de dichtheid P van de stof bij een temperatuur T °C tot de dichtheid van
water bij 4°C.
Druk
grootte van de kracht loodrecht op het opp Fn
P= =
grootte van het opp S
grootheid eenheid
Druk P Pa (pascal) = N/m2
1 bar = 105 Pa
3
, 1 mbar = 1 hPa
- Hydrostatische druk:
= De druk veroorzaakt door een vloeistof (hdyro-) in rust (-statisch)
De druk die hiermee overeenkomt = kracht/opp
In vloeistoffen geldt:
De druk enkel afhangt van de diepte waarop dat punt zich bevindt t.ov. het vloeistof opp.
Principe van Pascal:
Een drukverandering, op een bepaalde plaats in een vloeistof aangebracht, plant zich
onverminderd voort in alle richtingen doorheen de vloeistof.
- Hydrostatische paradox:
In eenzelfde vat, in eenzelfde vloeistof in rust, is op dezelfde diepte de druk gelijk.
Bij 4 verschillende vaten zal de enkel de vloeistof precies boven het grondopp een kracht
uitoef op het opp, het gewicht van de vloeistof die niet recht boven de bodem zit w
gedragen door de wand.
De archimedeskracht
= de som van alle krachten
De hydrostatische druk veroorzaakt een resulterende kracht op het blokje, die enkel
afhankelijk is van de kracht aan de onderkant en de kracht aan de bovenkant.
Deze zijn niet evengroot:
- Hydrostatische druk ondervlak is anders dan bovenvlak
- S is de grootte van onder- en bovenvlak
- a is afstand tss beide
Fy = Spga = Vpg = m’g (S x a = V) (V x p = m = vl v/h blokje wnr blokje er niet is)
De wet van Archimedes:
= Een vw dat ondergedompeld w in een fluïdium ondergaat een opwaartse drukkracht die
gelijk is in grootte aan het gewicht van het verplaatste fluïdium (verplaatste vl).
- Als mondergedompelde vw < archimedes kracht -> zal vw drijven
- Als mondergedompelde vw > archimedes kracht -> zal vw zinken
Werking van een hydrometer
De dichtheid van een vl kan w nagegaan met een hydrometer.
= hol en glazen dichte buis
1. Vl dat moet gemeten worden w in smal reservoir gegoten
2. Hydrometer w vervolgens in vl neergelaten totdat hij drijft
3. Op plaats waar vlopp de glazen steel raakt, kan de p van vl w afgelezen
4. Pas als hydrometer in vl w ondergedompeld, is de archimedes kracht in staat het gewicht
van de hydrometer te compenseren.
Hydrometer voor bepalen dichtheid melk = lactometer
Hydrometer voor olie = oleometer
4
De wetten van Newton
H1: De wetten van Newton
Snelheid + 1e wet van Newton
De snelheid van een vw geeft weer hoe snel de positie van een voorwerp veranderd
De snelheid heeft:
- Grootte (pythagoras: V2 = Vx2 + VY2)
- Richting (altijd rakend aan de baan)
- Zin (volgt de zin van de beweging)
-> is dus een vectoriële grootheid
1e wet van Newton:
Wanneer er geen resulterende kracht inwerkt op een vw, kan zijn snelheid niet veranderen.
Het voorwerp behoud zijn bewegingstoestand.
Kracht = wisselwerking van het voorwerp met zijn omgeving
grootheid eenheid
Snelheid V m/s
Versnelling + 2e wet van Newton
Een versnelling is een verandering van de snelheid.
Is ook een vectoriële grootheid.
1. Tagentiële versnelling:
Raakt aan de baan van het bewegend vw
Vector heeft zelfde richting als snelheid
Vertelt hoe de grootte van de snelheid veranderd
2. Normale versnelling:
Staat loodracht op de baan van het bewegend vw
Vector staat loodrecht op de snelheid
Vertelt hoe de richting van de snelheid veranderd
2e wet van Newton:
F=mxa
F = resulterende kracht = resultaat van alle krachten die op het vw inwerken = N(ewton)
grootheid eenheid
Versnelling a m/s2
3e wet van Newton
Er werkt een kracht in op het ene vw omwille van de aanwezigheid van het andere voorwerp
en omgekeerd.
3e wet van Newton = wet van actie en reactie
Wanneer 2 vw met elkaar interageren, dan zijn de krachten die de vw op elkaar uitoefenen
even groot, ze hebben dezelfde richting, maar ze zijn tegengesteld in zin.
1
,Enkele veel voorkomende krachten
Het gewicht G van een voorwerp met massa m:
G=mxg
Met g = 9,81 m/s2
1. De normaalkracht
= de kracht die je ondergaat vanwege de elastische ondergrond w normaalkracht
genoemd.
=N
heeft altijd een loodrechte richting op de ondergrond
2. De veerkracht
Wet van Hooke: F = -K x d
De kracht F is evenredig met de verplaatsing D
De evenredigheidsconstante = veerconstante K
Wnr er in de horizontale richtin geen kracht inwerkt op de veer, dan heeft de veer een
intspannen lengte: L0
3. De spankracht
= Wnr een touw onder spanning staat
=S
de krachten hebben dezelfde grootte
H2: Energie
Arbeid en energie
Arbeid A houdt verband met de kracht F die op een lichaam inwerkt en de verplaatsing die
daarbij gerealiseerd w.
A = F x d = Fdcosø
Arbeid is een scalair product
De eenheid: J
Als F en d evenwijdig zijn en dezelfde zin hebben
-> arbeid = max en +
Als F en d loodrecht op elkaar staan
-> arbeid = 0
Als f en d evenwijdig zijn en tegengestelde zin hebben
-> arbeid = max en –
Als een vw arbeid kan leveren dan zeggen we dat hij energie bezit.
Kinetische energie
= De energie die een vw (met massa m) bezit omwille van zijn snelheid V
= Ekin = ½ m x v2
2
,Potentiële energie
= De energie die een vw bezit omwille van zijn positie in de ruimte
= Epot(h) = m x g x h in krachtveld van aarde
2
= Epot(x) = KX /2 in krachtveld van een veer
x = uitrekking veer t.o.v ontspannen toestand
Een vw bezit enkel potentiële energie wnr er in de ruimte (krachtveld) een typische kracht
actief is.
Ieder systeem streeft naar een minimum aan potentiële energie
Vb: een appel valt naar beneden, hij verkiest op het aardopp te liggen, daar is zijn E pot lager
Behoud van energie
Bij alle processen in de natuur, blijft de totale energie van een gesloten systeem behouden.
Tijdens een verplaatsing kan de ene vorm van E omgezet w in een andere vorm.
Stelling van behoud van energie:
Ekin (A) + Epot (A) = Ekin (B) + Epot (B) = cte (Indien wrijvingskrachten geen rol spelen)
De fysica van een trainingscomputer
Het vermogen p van een atleet is de vehouding van de arbeid ∆A tot de tijdspannen ∆t
waarbinnen de arbeid geleverd w.
P = ∆A/∆t
grootheid eenheid
Vermogen P Watt (W) = J/s
De grootheden druk en dichtheid
H3: Dichtheid en druk
Dichtheid
= de verhouding van de massa van het materiaal tot het volume dat het materiaal inneemt.
P = m/v
grootheid eenheid
Dichtheid P Kg/m3
Voor vaste stoffen en vl is de relatieve dichtheid dT ven een materiaal gedefineerd als de
verhouding van de dichtheid P van de stof bij een temperatuur T °C tot de dichtheid van
water bij 4°C.
Druk
grootte van de kracht loodrecht op het opp Fn
P= =
grootte van het opp S
grootheid eenheid
Druk P Pa (pascal) = N/m2
1 bar = 105 Pa
3
, 1 mbar = 1 hPa
- Hydrostatische druk:
= De druk veroorzaakt door een vloeistof (hdyro-) in rust (-statisch)
De druk die hiermee overeenkomt = kracht/opp
In vloeistoffen geldt:
De druk enkel afhangt van de diepte waarop dat punt zich bevindt t.ov. het vloeistof opp.
Principe van Pascal:
Een drukverandering, op een bepaalde plaats in een vloeistof aangebracht, plant zich
onverminderd voort in alle richtingen doorheen de vloeistof.
- Hydrostatische paradox:
In eenzelfde vat, in eenzelfde vloeistof in rust, is op dezelfde diepte de druk gelijk.
Bij 4 verschillende vaten zal de enkel de vloeistof precies boven het grondopp een kracht
uitoef op het opp, het gewicht van de vloeistof die niet recht boven de bodem zit w
gedragen door de wand.
De archimedeskracht
= de som van alle krachten
De hydrostatische druk veroorzaakt een resulterende kracht op het blokje, die enkel
afhankelijk is van de kracht aan de onderkant en de kracht aan de bovenkant.
Deze zijn niet evengroot:
- Hydrostatische druk ondervlak is anders dan bovenvlak
- S is de grootte van onder- en bovenvlak
- a is afstand tss beide
Fy = Spga = Vpg = m’g (S x a = V) (V x p = m = vl v/h blokje wnr blokje er niet is)
De wet van Archimedes:
= Een vw dat ondergedompeld w in een fluïdium ondergaat een opwaartse drukkracht die
gelijk is in grootte aan het gewicht van het verplaatste fluïdium (verplaatste vl).
- Als mondergedompelde vw < archimedes kracht -> zal vw drijven
- Als mondergedompelde vw > archimedes kracht -> zal vw zinken
Werking van een hydrometer
De dichtheid van een vl kan w nagegaan met een hydrometer.
= hol en glazen dichte buis
1. Vl dat moet gemeten worden w in smal reservoir gegoten
2. Hydrometer w vervolgens in vl neergelaten totdat hij drijft
3. Op plaats waar vlopp de glazen steel raakt, kan de p van vl w afgelezen
4. Pas als hydrometer in vl w ondergedompeld, is de archimedes kracht in staat het gewicht
van de hydrometer te compenseren.
Hydrometer voor bepalen dichtheid melk = lactometer
Hydrometer voor olie = oleometer
4
