Samenvatting Systematische Natuurkunde 4 vwo Hoofdstuk 7 - Natuurkunde

Hoofdstuk 7 Natuurkunde vwo



§7.1 Eenparige cirkelbeweging
Omlooptijd en baansnelheid
Als een draaimolen ronddraait, beweegt het zwaartepunt van een
persoon in een cirkelbaan. De straal van de cirkelbaan noem je de
baanstraal. Deze is van het midden naar de buitenkant. De afstand die
de persoon in 1 ronde op de draaimolen aflegt, is gelijk aan de omtrek
(2πr) van de cirkelbaan.


Hiernaast is een gedeelte van de cirkelbaan van de persoon op de
draaimolen schematisch weergegeven. Hierin is de plaats van de persoon na
steeds hetzelfde tijdsinterval getekend. De afstand langs de cirkel tussen 2
opeenvolgende plaatsen is constant. De persoon beweegt dus met een
constante snelheid. De grootte van de snelheid langs de cirkelbaan noem je
de baansnelheid. De tijd waarin de persoon 1 ronde aflegt, is de
omlooptijd (T).


Voor de baansnelheid geldt:
𝑠 2π𝑟
𝑉𝑏𝑎𝑎𝑛 = 𝑡
= 𝑇



Vbaan is de baansnelheid in m s-1.
r is de baanstraal in m.
T is de omlooptijd in s.


Bij een eenparige, rechtlijnige beweging zijn de grootte en richting van snelheid
constant. Bij de eenparige cirkelbeweging is de grootte van de snelheid ook constant,
maar de richting is dat niet. De richting van de snelheid ligt langs de raaklijn aan de
baan. In het plaatje hiernaast zie je dat de richting van de snelheid voortdurend
verandert. Raakt een voorwerp los uit de cirkelbaan, dan beweegt het in een rechte lijn.
Daarom bewegen ook de vonken bij de slijptol in rechte lijn.


Frequentie
Bij een eenparige cirkelbeweging is de omlooptijd constant. In een bepaalde tijd vinden
steeds evenveel omlopen plaats. Het aantal omlopen per seconde noem je de
frequentie met symbool f. De eenheid ervan is hertz (Hz). Er geldt:
1
𝑓 = 𝑇



f is de frequentie in Hz.

, T is de omlooptijd in s.
In de techniek kom je vaak de grootheid toerental tegen. Dit is het aantal
omwentelingen dat een voorwerp in een minuut maakt. In het Engels wordt het
toerental uitgedrukt in RPM.


§7.2 Middelpuntzoekende kracht
Als je de tegenwerkende krachten met de lucht en ijs verwaarloost,
zijn tijdens het schaatsen van een bocht 3 krachten van belang.
Hiernaast zijn de 3 krachten getekend. Naast de zwaartekracht Fz
en de normaalkracht Fn werkt er nog een 3e kracht op de schaatser,
dit is de schuifwrijvingskracht Fw,schuif.


De Fz en de Fn zijn even groot en staan loodrecht op het vlak van de beweging. Deze
krachten kunnen er dus niet voor zorgen dat de schaatser in een cirkelbaan beweegt.
Omdat de richting van de snelheid van de schaatser verandert, moet volgens de eerste
wet van Newton een resulterende kracht werken. Deze resulterende kracht is in deze
situatie de kracht Fw,schuif. Is de resulterende kracht steeds naar hetzelfde punt gericht,
dan ontstaat een eenparige cirkelbeweging.


De resulterende kracht heet dan de middelpuntzoekende kracht (Fmpz).
De waarde van Fmpz bereken je met:
2
𝑚𝑣
𝐹𝑚𝑝𝑧 = 𝑟



Fmpz is de middelpuntzoekende kracht in N.
m is de massa in kg.
v is de snelheid in m s-1.
r is de baanstraal in m.


WIl de schaatser een snellere bocht rijden, dan is daar een grotere Fmpz voor nodig. Het
ijs moet dan een grotere kracht uitoefenen op de schaatser. Dat gebeurt als de
schaatser zich krachtiger afzet op het ijs. Doet hij dat niet, dan vliegt hij uit de bocht, Als
de snelheid (v) groter is en Fmpz hetzelfde blijft, dan zie je aan de formule voor de
middelpuntzoekende kracht dat de straal (r) een grotere waarde moet hebben.


§7.3 Gravitatiekracht
Gravitatiewet van Newton
In 1665 maakte Newton zijn gravitatiewet bekend. Deze wet beschrijft de wisselwerking
tussen 2 voorwerpen, Als deze voorwerpen een kleine massa hebben, is de
aantrekkende kracht zo klein dat deze bijna niet te meten is. Heeft een van de