Hoofdstuk 6 Arbeid en energie
§6.1 Arbeid
Inspanning in de natuurkunde noem je arbeid (W). Arbeid is een maat voor de inspanning of
de hoeveelheid werk die je levert, dit hangt af van de kracht. Wanneer de kracht en de
verplaatsing dezelfde richting hebben kun je de arbeid berekenen met (antwoord positief):
W=Fxs W in newtonmeter (Nm) F in Newton (N) s verplaatsing in meter (m)
Als de kracht en de verplaatsing tegengesteld zijn gericht (antwoord negatief)t: W = -F x s
Wanneer de kracht en de verplaatsing loodrecht op elkaar staan geld in het algemeen: W =
0
De totale arbeid kun je berekenen door de arbeid van die vier krachten op te tellen, want
arbeid is een scalaire grootheid: Wtot = W1 + W2 + … alles in Nm
Je kunt Wtot ook berekenen door Fres van de krachten F1, F2, … te berekenen. Fres vind je
door alle krachten vectorieel op te tellen. Wtot is dan gelijk aan de arbeid die Fres verricht:
Wtot = Fres x s Wtot in Nm Fres in N s verplaatsing in m
Wanneer de kracht en de verplaatsing niet precies dezelfde richting uitgaan bereken je de
arbeid met de formule W = F x s x cos 𝛂, waarbij 𝛂 de hoek is tussen de krachtvector en de
verplaatsingsvector. Met deze formule kun je drie gevallen onderscheiden:
- Als 𝛂 = 0° zijn de kracht en verplaatsing gelijk gericht dus gebruik je W = F x s
- Als 𝛂 = 0° staan de kracht en verplaatsing loodrecht op elkaar, dus W = 0 Nm
- Als 𝛂 = 180° zijn de kracht en de plaats tegengesteld gericht dus gebruik je
W = -F x s, dit zie je bij weerstandskrachten, omdat die altijd tegen de
bewegingsrichting in zijn gericht.
De arbeid die een kracht verricht, kun je bepalen met een (F,s)-diagram. De oppervlakte
onder de (F,s)-grafiek stelt de arbeid W voor, ook als de kracht niet constant is.
§6.2 Mechanische energiesoorten
Een voorwerp dat energie (eenheid Joule) heeft, kan arbeid verrichten. Energie kan worden
omgezet in een andere energiesoort en/of worden overgedragen. Arbeid en energie druk je
uit in dezelfde eenheid: 1 Nm = 1 J
Een voorwerp heeft energie in een omgeving waarin een kracht op dat voorwerp werkt, de
energie die het voorwerp heeft noem je potentiële energie.
Als iemand een koffer van de grond tilt, verricht de spierkracht arbeid op de koffer en wordt
chemische energie van de persoon omgezet in zwaarte-energie van de koffer. Omdat de
spieren bij het optillen warm worden, ontstaat daarbij ook warmte met symbool Q.
Bij het verrichten van arbeid wordt energie overgedragen. Als daarbij de soort energie
verandert, is er sprake van een energieomzetting.
§6.1 Arbeid
Inspanning in de natuurkunde noem je arbeid (W). Arbeid is een maat voor de inspanning of
de hoeveelheid werk die je levert, dit hangt af van de kracht. Wanneer de kracht en de
verplaatsing dezelfde richting hebben kun je de arbeid berekenen met (antwoord positief):
W=Fxs W in newtonmeter (Nm) F in Newton (N) s verplaatsing in meter (m)
Als de kracht en de verplaatsing tegengesteld zijn gericht (antwoord negatief)t: W = -F x s
Wanneer de kracht en de verplaatsing loodrecht op elkaar staan geld in het algemeen: W =
0
De totale arbeid kun je berekenen door de arbeid van die vier krachten op te tellen, want
arbeid is een scalaire grootheid: Wtot = W1 + W2 + … alles in Nm
Je kunt Wtot ook berekenen door Fres van de krachten F1, F2, … te berekenen. Fres vind je
door alle krachten vectorieel op te tellen. Wtot is dan gelijk aan de arbeid die Fres verricht:
Wtot = Fres x s Wtot in Nm Fres in N s verplaatsing in m
Wanneer de kracht en de verplaatsing niet precies dezelfde richting uitgaan bereken je de
arbeid met de formule W = F x s x cos 𝛂, waarbij 𝛂 de hoek is tussen de krachtvector en de
verplaatsingsvector. Met deze formule kun je drie gevallen onderscheiden:
- Als 𝛂 = 0° zijn de kracht en verplaatsing gelijk gericht dus gebruik je W = F x s
- Als 𝛂 = 0° staan de kracht en verplaatsing loodrecht op elkaar, dus W = 0 Nm
- Als 𝛂 = 180° zijn de kracht en de plaats tegengesteld gericht dus gebruik je
W = -F x s, dit zie je bij weerstandskrachten, omdat die altijd tegen de
bewegingsrichting in zijn gericht.
De arbeid die een kracht verricht, kun je bepalen met een (F,s)-diagram. De oppervlakte
onder de (F,s)-grafiek stelt de arbeid W voor, ook als de kracht niet constant is.
§6.2 Mechanische energiesoorten
Een voorwerp dat energie (eenheid Joule) heeft, kan arbeid verrichten. Energie kan worden
omgezet in een andere energiesoort en/of worden overgedragen. Arbeid en energie druk je
uit in dezelfde eenheid: 1 Nm = 1 J
Een voorwerp heeft energie in een omgeving waarin een kracht op dat voorwerp werkt, de
energie die het voorwerp heeft noem je potentiële energie.
Als iemand een koffer van de grond tilt, verricht de spierkracht arbeid op de koffer en wordt
chemische energie van de persoon omgezet in zwaarte-energie van de koffer. Omdat de
spieren bij het optillen warm worden, ontstaat daarbij ook warmte met symbool Q.
Bij het verrichten van arbeid wordt energie overgedragen. Als daarbij de soort energie
verandert, is er sprake van een energieomzetting.
