Natuurkunde samenvatting H8 Arbeid en energie
§8.1 Arbeid
Arbeid, de natuurkundige omschrijving:
In de natuurkunde definieer je arbeid als het product van kracht en verplaatsing.
Het symbool voor arbeid is W, afkomstig van het Engelse woord voor arbeid: ‘work’.
Als de kracht constant is en dezelfde richting heeft als de verplaatsing, geldt:
W=F·s
- W is de arbeid in newtonmeter (N m)*
- F is de kracht in Newton (N)
- s is de verplaatsing in meter (m)
*De eenheid van arbeid volgt uit de eenheden van kracht en verplaatsing. De eenheid N m is volgens
BINAS tabel 4 gelijk aan joule, met symbool J.
Bij snel fietsen over een bepaalde afstand verricht je meer arbeid dan bij langzaam fietsen over die
afstand. Dat komt omdat je bij snel fietsen meer kracht op de trappers uitoefent.
Je verricht ook meer arbeid wanneer je, bij gelijkblijvende snelheid, een grotere afstand aflegt.
Natuurkundigen zeggen: een kracht verricht arbeid. Als je fietst dan verricht jouw spierkracht arbeid
en niet jijzelf.
Volgens de formule W = F · s moet er ook sprake zijn van een verplaatsing. Zonder verplaatsing
verricht een kracht geen arbeid. Tijdens het optillen van je boekentas verricht jouw spierkracht
arbeid. Hangt de tas aan de kapstok, dan wordt er geen arbeid verricht. Ook als je de tas
omhooghoudt op dezelfde plaatst, verricht je spierkracht geen arbeid.
Algemene formule voor de arbeid verricht door een kracht:
In figuur 8.2 wordt een sleetje voortgetrokken door de trekkracht F. Deze kracht heeft niet dezelfde
richting als de verplaatsing s. Dan geldt niet W = F · s.
In figuur 8.3 is F ontbonden in een component in de richting van de verplaatsing en een component
loodrecht daarop, Fy. De kracht die ervoor zorgt dat de slee naar rechts gaat, is de component van F
in de richting s, dus Fx.
Voor de component van de kracht in de richting van de verplaatsing geldt:
Fx
cos(α ) = , hieruit volgt:
F
Fx = F · cos(α ), dus de arbeid die Fx verricht, is gelijk aan:
Wx = Fx · s = F · cos(α ) · s
De component Fy verricht geen arbeid, want er is geen verplaatsing in die richting.
De algemene formule voor de arbeid verricht door een kracht F is dus:
W = F · s · cos(α )
- W is de arbeid in joule (J) oftewel newtonmeter (N m)
- F is de kracht in newton (N)
- s is de verplaatsing in m
- α is de hoek tussen de richting van de kracht en de richting van de verplaatsing, in graden (°)
1
§8.1 Arbeid
Arbeid, de natuurkundige omschrijving:
In de natuurkunde definieer je arbeid als het product van kracht en verplaatsing.
Het symbool voor arbeid is W, afkomstig van het Engelse woord voor arbeid: ‘work’.
Als de kracht constant is en dezelfde richting heeft als de verplaatsing, geldt:
W=F·s
- W is de arbeid in newtonmeter (N m)*
- F is de kracht in Newton (N)
- s is de verplaatsing in meter (m)
*De eenheid van arbeid volgt uit de eenheden van kracht en verplaatsing. De eenheid N m is volgens
BINAS tabel 4 gelijk aan joule, met symbool J.
Bij snel fietsen over een bepaalde afstand verricht je meer arbeid dan bij langzaam fietsen over die
afstand. Dat komt omdat je bij snel fietsen meer kracht op de trappers uitoefent.
Je verricht ook meer arbeid wanneer je, bij gelijkblijvende snelheid, een grotere afstand aflegt.
Natuurkundigen zeggen: een kracht verricht arbeid. Als je fietst dan verricht jouw spierkracht arbeid
en niet jijzelf.
Volgens de formule W = F · s moet er ook sprake zijn van een verplaatsing. Zonder verplaatsing
verricht een kracht geen arbeid. Tijdens het optillen van je boekentas verricht jouw spierkracht
arbeid. Hangt de tas aan de kapstok, dan wordt er geen arbeid verricht. Ook als je de tas
omhooghoudt op dezelfde plaatst, verricht je spierkracht geen arbeid.
Algemene formule voor de arbeid verricht door een kracht:
In figuur 8.2 wordt een sleetje voortgetrokken door de trekkracht F. Deze kracht heeft niet dezelfde
richting als de verplaatsing s. Dan geldt niet W = F · s.
In figuur 8.3 is F ontbonden in een component in de richting van de verplaatsing en een component
loodrecht daarop, Fy. De kracht die ervoor zorgt dat de slee naar rechts gaat, is de component van F
in de richting s, dus Fx.
Voor de component van de kracht in de richting van de verplaatsing geldt:
Fx
cos(α ) = , hieruit volgt:
F
Fx = F · cos(α ), dus de arbeid die Fx verricht, is gelijk aan:
Wx = Fx · s = F · cos(α ) · s
De component Fy verricht geen arbeid, want er is geen verplaatsing in die richting.
De algemene formule voor de arbeid verricht door een kracht F is dus:
W = F · s · cos(α )
- W is de arbeid in joule (J) oftewel newtonmeter (N m)
- F is de kracht in newton (N)
- s is de verplaatsing in m
- α is de hoek tussen de richting van de kracht en de richting van de verplaatsing, in graden (°)
1
