Pulsar Natuurkunde 3e ed - Hoofdstuk 4 - Kracht en beweging oefentoetsen & antwoorden

a) Fz= m * gb) De grootte van een kracht (lengte van de pijl), aangrijpingspunt (begin van de pijl) en de richting van de kracht (richting van de pijl).c) De snelheid van een object op een bepaald moment geeft aan hoeveel meter per seconde dat object op dat moment aflegt. Dit kan per moment anders zijn. De gemiddelde snelheid beschrijft gemiddeld genomen wat de snelheid over een bepaald traject is door de totale afgelegde te delen door de totaal verstreken tijd.d) Dat de snelheid per seconde met een waarde van 3 m/s daalt. Dit is dus een vertraging.e) Wanneer er niet versneld wordt en in theorie is dit het geval wanneer de nettokracht 0 N is. De voortstuwende is dan gelijk aan de  weerstandskrachten.f) Dat er in iedere situatie waar een kracht is, een exact even grote tegenwerkende kracht is. Hierdoor zijn alle normale situaties met krachten in evenwicht en is er dus geen nettokracht.g) De motor wordt hiervoor gebruikt. De uitlaatgassen worden uit de aandrijving gespoten en het voertuig zet zich af tegen zijn uitlaatgassen. Doordat de uitlaatgassen naar achteren vliegen ondervindt het voertuig een voortstuwende kracht naar voren.h) Het gewicht van een voorwerp geeft aan hoeveel kracht het uitoefent op het ondersteunend vlak waar het op staat. Het gewicht van een pak suiker geeft dus bijvoorbeeld aan hoeveel kracht het pak suiker uitoefent op het tafelblad waar het op staat.i) Je kan een kracht met een hefboom vergroten. Gegeven: snelheid (v) = 100 km/h = 27,8 m/s en de tijd (t) is 2,0 secondeGevraagd: afstand (s) in meterFormule: s = v x tInvullen: s = 27,8 x 2,0 = 55,6 meterAntwoord: dus je moet minstens 55,6 meter afstand houden. a) Gegevens: Δt = 1 sec.Δv = 2 m/sGevraagd: a = ?Formule: Versnelling is de toename van snelheid per secondeInvullen: a = toename snelheid / toename tijd= 2 / 1 = 2 m/s²Antwoord: De versnelling tijdens de eerste seconde is 2 m/s²b) De resulterende kracht is het kleinst wanneer er een zo klein mogelijk versnelling is. Je moet in het diagram dus kijken naar wanneer de snelheidsverandering zo klein mogelijk is. Dit is tussen t = 7s en t = 8s. De snelheid verandert tussen t = 7s en t = 8s nauwelijks nog. Dit betekent dat daar de kleinste versnelling te zien is en dat betekent dat daarvoor de kleinste resulterende kracht nodig is. a) Wanneer de nettokracht even groot is als de weerstandskrachten beweegt een object zich met constante snelheid voort. Dit is in het diagram het geval wanneer de grafiek horizontaal loopt (er is dan geen snelheidsverandering). Dit is dus tussen t = 3s en 6s en tussen t = 8s en t = 16s.b) Wanneer de nettokracht tegenovergesteld is aan de bewegingsrichting vertraagt het object. De snelheid daalt dan. Dit is tussen t = 6s en t = 8s het geval. a) Voorbeeld van een goede tekening (met krachtenschaal 1 cm = 100 N)Er werken twee krachten tussen de man en de muur: de spierkracht van de man (naar links gericht) en de normaalkracht die de muur tegenovergesteld aan de spierkracht van de man uitoefent  (naar rechts gericht).Spierkracht (groene pijl): De spierkracht die de man uitoefent is 450 N. De tekenschaal is 1 cm = 100 N. Dit betekent dat de pijl 450/100 = 4,5 cm lang moet zijn. De pijl start vanaf  het punt waar de man contact heeft met de muur. Dit is het aangrijpingspunt.De man duwt tegen de muur aan, dus de richting van de kracht is naar links gericht.Normaalkracht (gele pijl): De normaalkracht is de kracht die de muur uitoefent tegengesteld aan de spierkracht van de man. Anders zou er geen sprake zijn van een krachtenevenwicht.De normaalkracht is heeft dezelfde grootte als de spierkracht. Dit betekent dat de pijl die getekend moet worden ook 4,5 cm lang is. De pijl start ook op het punt waar er contact is tussen de muur en de man. De normaalkracht heft de spierkracht precies op. Dit betekent dat de richting exact tegenovergesteld is aan de spierkracht van de man en dus naar rechts is gericht.Let op: In deze uitwerking is er gewerkt met een krachtenschaal van 1 cm = 100 N. Bij een ander gekozen krachtenschaal zijn de lengtes van de pijlen anders. Bijvoorbeeld bij een schaal 1 cm = 50 N zouden de pijlen 450/50 = 9 cm per stuk zijn.b) De spierkracht van de man en de normaalkracht vanuit de muur spelen in deze situatie de grootste rol. Uiteraard werkt de zwaartekracht ook op alle objecten en werkt er vanuit de grond ook een normaalkracht op de muur en op de man.c) Gegevens: F = 450Ng = 9,8Gevraagd: mFormule: Fz = m * g, omgebouwd is dit m = Fz/gInvullen: m = Fz/g = 450/9,8 ≈ 45,92 kgAntwoord: Op een massa van 45,92 kg zou een zwaartekracht van 450 N werken. Een satelliet wordt aangetrokken door de aarde. De zwaartekracht werkt hier dus nog (heel zwakjes) op. Hierdoor is de satelliet continu in een vrije val. Doordat de satelliet een hoge baansnelheid heeft komt deze nooit op aarde terecht. De satelliet blijft namelijk om de aarde heen draaien. Het is daardoor continu in een vrije val. Voorwerpen die constant in een vrije val verkeren, zijn in feite gewichtloos. Voorbeeld van een goede tekening: Er werken twee krachten op het flesje: de zwaartekracht (omlaag gericht) en de normaalkracht die de tafel op het flesje uitoefent (omhoog gericht).Zwaartekracht (groene pijl): De zwaartekracht die op het flesje werkt is  Fz = m * g = 0,26 kg * 9,8 = 2,55 N  . Het gewicht van het flesje is dus 2,55 N en dit wordt uitgeoefend op het tafelvlak. Deze zwaartekracht werkt vanuit het zwaartepunt (oranje stip) van de bidon. De bidon van 500 ml is voor de helft gevuld met water, dit is dus 250 ml. Dat betekent dat de bidon zelf een massa heeft van  260 - 250 = 10 gram. Het zwaartepunt van de half gevulde bidon zal in het midden van het water te vinden zijn (de massa van het water is namelijk aanzienlijk groter in verhouding tot enkel de bidon van 10 gram).De tekenschaal is  1 cm = 1 N , dit betekent dat je vanuit het zwaartepunt een pijl van  2,55N / 1cm/N = 2,55  centimeter recht omlaag tekent.Normaalkracht (gele pijl): De normaalkracht is de kracht die de tafel uitoefent op de bidon. Als deze kracht er niet zou zijn, zou de bidon door de tafel heen gaan. De twee krachten in deze situatie heffen elkaar op, het geheel is dus in balans. Dit betekent dat de normaalkracht precies even groot is als de zwaartekracht die op de bidon werkt. De normaalkracht teken je vanaf het contactpunt tussen de tafel en de bidon dus ook met een lengte van 2,55 centimeter recht omhoog. a) Formule: s = v * ts = ½ * v * t (oppervlakteformule driehoek: A = ½ * l * b)Invullen:t = 0s t/m t = 1,5sHet oppervlak onder dit deel van het bovenstaande  v,t-diagram staat gelijk aan de oppervlakte van een rechthoek met als lengte 25 m/s en als breedte 1,5s. Invullen:s = v * t = 25 * 1,5 = 37,5 mt = 1,5s t/m 4,625sHet oppervlak onder dit deel van het diagram staat gelijk aan de oppervlakte van een driehoek met als lengte 25 m/s en als breedte t = 4,625 - 1,5 = 3,125s. Invullen:s = v * t = ½ * 25 * 3,125 = 39,0625 mTotale stopafstandDe stopafstand is de som van de berekende afstanden, dus: 37,5 + 39,0625 = 76,5625 mAntwoord: De stopafstand van deze beweging is 76,5625 meter.b) Gegevens: m = 1200 + 1400 = 2600 kg (de massa van de auto en de caravan)a = 8,0 m/s²Gevraagd: F = ?Formule: F = m * aInvullen: F = m * a = 2600 * 8  = 20800 N = 20,8 kNAntwoord: Hiervoor is een remkracht van 20,8 kN nodig.d) Zonder caravan is de massa die geremd van het geheel moet worden kleiner en gaat het maar om één object. Wanneer een caravan aan een auto vastzit, rijdt deze met dezelfde snelheid als de auto. Dit betekent dat wanneer de auto afremt, de caravan in de eerste instantie van achteren tegen de auto aan blijft duwen. De snelheid van de caravan is namelijk op dat moment groter. Omdat de caravan een grote massa heeft iser een grote netto kracht nodig om de caravan in beweging te laten komen, maar ook dat (wanneer de caravan beweegt) er een grote netto kracht nodig is om de caravan tot stilstand te laten komen. De auto moet genoeg remkracht leveren om zowel de auto als de caravan tot stilstand te brengen. Wanneer dit in een korte tijd nodig is (omdat er op de weg iets onverwachts gebeurt), is het daardoor in deze situaties met een caravan nog gevaarlijker. Met de formule  Fz = m * g  kan berekend worden wat de massa van de onbekende stof is. Invullen geeft:  Fz = m * g → m = Fz/g = 23N /1,62N/kg = 14,198 kg Antwoord: De onbekende stof heeft een massa van 14,198 kg. a) Omdat je steeds sneller gaat, is de zwaartekracht groter dan de wrijvingskracht.b) Omdat je met een constante snelheid gaat, is de zwaartekracht even groot als de wrijvingskracht.c) Je snelheid neemt af, dus er is een vertraging. De zwaartekracht is kleiner dan de wrijvingskracht.d) Omdat je met een constante snelheid gaat, is de zwaartekracht even groot als de wrijvingskracht.