Fysica

1
Fysica

• Wetten van Newton

2

• De mechanica is het onderdeel van de natuurkunde
  dat zich bezighoudt met bewegingen van voorwerpen
  onder invloed van de krachten die erop werken.
• De kinematica is een onderdeel van de mechanica
  dat de beweging van een lichaam bestudeert
  zonder zich af te vragen wat de oorzaak van deze
  beweging is.
• Het verband tussen kracht(en) en beweging wordt
  bestudeerd in de dynamica.
• In de kinematica wordt ook de vorm van het object
  verwaarloosd, en wordt het geabstraheerd tot een
  puntmassa.

3

• Kinematica Op welke wijze bewegen voorwerpen?
• Dynamica Waarom bewegen voorwerpen?

4

• Isaac Newton

5
(No Transcript)
6

• Isaac Newton was the greatest English
  mathematician of his generation.
• 1642 - 1727
• Brits natuurkundige, filosoof, wiskundige,
  sterrenkundige, theoloog en alchemist.
• Cambridge
• Voor zijn 25ste jaar 3 fundamentele
  ontdekkingen
• De universele gravitatie,
• differentiaal- en integraalrekening
• dispersie (kleurschifting).

7

• Eerste wet van Newton

8
Vraag

• Is het de natuurlijke neiging van voorwerpen om
  tot rust te komen?
• Een voorwerp in rust blijft in rust?
• Een voorwerp in beweging gaat naar rust?
• Is er een kracht nodig is om een beweging te
  onderhouden?

9

• Demonstratie
• (waterbak)
• Waarneming?

10
Waarneming

• We verspillen water wanneer
• de bak in rust is en we de bak proberen te
  verplaatsen
• de bak in beweging is en we de bak proberen te
  stoppen
• de bak beweegt in de ene richting en we proberen
  van de bak te doen bewegen in een andere richting
• Besluit?

11
Besluit

• Een voorwerp in rust
• probeer in rust te blijven
• Een voorwerp dat beweegt
• probeert in beweging te blijven aan dezelfde
  snelheid en in dezelfde richting (geen
  versnellende voorwerpen)

12
Besluit
13
Voorbeelden

• Hebben jullie ooit traagheid ervaren?
• In de auto, moto, ladder op vrachtwagen,
  skateboard
• keep on doing what it is doing

14
Voorzie de volgende voorbeelden van de nodige
uitleg

• Bezem en bezemsteel
• Ketchup

15
Definitie

• De traagheid is de weerstand die een voorwerp
  ondervindt als het verandert van
  bewegingstoestand.

16
Vraag

• Waarom is er niemand voor Newton op deze wet
  gekomen?
• Wat waren de bestaande wetten die gehanteerd/
  aanvaard werden rond zijn tijd?

17
Antwoord

• In de 17de eeuw stemde het begrip traagheid niet
  overeen met de meer populaire concepten van
  beweging.
• Men dacht dat het de natuurlijke neiging was van
  voorwerpen om tot rust te komen.
• Bewegende voorwerpen zouden uiteindelijk stoppen
  met bewegen als er geen kracht was die het
  voorwerp onderhield om te bewegen.
• Een bewegend voorwerp zou eindelijk tot rust
  komen en een voorwerp in rust blijft in rust.
• Dat was het idee dat bijna 2000 jaar domineerde
  het was de natuurlijke neiging van voorwerpen om
  een rust positie aan te nemen

18
Verder

• Galileo, de eerste wetenschapper van de
  zeventiende eeuw, ontwikkelde het begrip van
  traagheid.
• Galileo beredeneerde dat bewegende voorwerpen
  uiteindelijk stoppen door een kracht die we
  wrijving noemen.
• Galileo observeerde een bal die via een helling
  naar beneden rolde en via een andere weer omhoog
  rolde.

19
Verder

• Isaac Newton bouwde verder op de ideëen van
  Galileo van beweging.
• De eerste wet van Newton vertelt ons dat er geen
  kracht nodig is om een voorwerp in beweging te
  houden.
• Duw een boek over de tafel en kijk hoe het stopt.
  
• Het bewegende boek komt niet tot rust door het
  gebrek aan een kracht.

20
Denk daar eens over na

• Tot op de dag van vandaag denkt men dat er een
  kracht nodig is om een beweging te onderhouden.

21
Vraag

• Alle voorwerpen weigeren veranderingen in hun
  beweging. Alle voorwerpen ondervinden traagheid.
• Hebben sommige voorwerpen meer de neiging om
  veranderingen te weerstaan/weigeren dan anderen?
• Ja.
• Van wat hangt dat af?
• Massa
• Meer massa, meer

22
Check

• Stel je een plaats in de kosmos voor ver van alle
  gravitatie. Een astronaut werpt daar een rots. De
  rots zal
• geleidelijk aan stoppen.
• verder bewegen in dezelfde richting aan
  constante snelheid.

23
Check check

• Bert en Mandhond zitten in de cafeteria. Mandhond
  zegt dat indien hij zijn blommen met een grotere
  snelheid werpt, het een grotere traagheid zal
  ondervinden. Bert zegt dat traagheid niet afhangt
  van de snelheid, maar eerder van de massa
  afhangt. Met wie ga je akkoord? Waarom?
• Traagheid hangt enkel af van de massa van een
  voorwerp.
• Hoe meer massa, hoe meer traagheid.

24
Check check check

• Indien je in een gewichtloze omgeving in de
  ruimte was, zou het een kracht vereisen om een
  voorwerp in beweging te zetten?
• Ja zeker! Zelfs in de ruimte hebben voorwerpen
  een massa. En als ze massa hebben, ondervinden ze
  traagheid.

25
Andere definities

• Traagheid is de neiging van een voorwerp om
  veranderingen in snelheid te weerstaan.
• Traagheid is de neiging van een voorwerp om
  versnellingen te weerstaan.

26
De eerste wet van Newton

• Het gedrag van voorwerpen waarbij resultante
  0.
• a 0 m/s2
• Traagheidswet

27

• Tweede wet van Newton

28
2 variabelen

• De tweede wet zegt dat de versnelling van een
  voorwerp van 2 variabelen afhangt
• De resultante
• De massa van het voorwerp
• Is de versnelling recht of omgekeerd evenredig
  met de aangewende kracht?
• Is de versnelling recht of omgekeerd evenredig
  met de massa van het voorwerp?

29
Besluit
30
GH - EH
Grootheid Symbool Eenheid
Kracht F F N
31
Besluit
32
Opmerking

• Nog niet benadrukt
• De resultante is recht evenredig met de
  versnelling.
• NIET
• Een enige/enkele/individuele kracht

33

• Opdr. 21

34
Voorbeeld

• Wat is de zin van de resultante in figuur A in
  figuur B?

35

• Opdr. 31

36

• De Grote Misvatting

37
So what's the big deal?

• De eerste wet van newton en Fm.a zijn niet zo
  verschrikkelijk moeilijk!!!
• Betekenis!

38
Belangrijk

• Krachten veroorzaken geen beweging maar
  versnellingen!!!

39

• Are You Infected with the Misconception?

40
In rust of in beweging?

• Beide.
• Een voorwerp in rust blijft in rust.
• Een voorwerp dat beweegt blijft in beweging aan
  dezelfde snelheid en in dezelfde richting.
• Krachten veroorzaken geen beweging maar
  versnellingen!!!

41
Teken de krachten werkzaam op de man met de slee.
42

• Vrije val en luchtweerstand

43
Vrije val

• Demonstratie
• (tennisballen)
• Waarneming?

44
Waarneming

• Beide ballen vallen tegelijk op de grond!
• Waarom?

45
Vrije val

• Speciaal type van beweging enige kracht ?
  zwaartekracht (luchtweerstand te verwaarlozen)
• Passen we de tweede wet van Newton toe
• Fz 100 N Fz 10 N
• ? eerste voorwerp grotere versnelling
• Van wat hangt de versnelling af?
• Kracht massa

46
Vrije val

• Eerste voorwerp ondervindt meer traagheid.
• a 100 N / 10 kg a 10 N / 1 kg
• Besluit?

47
(No Transcript)
48
Besluit

• De verhouding F/m is voor beide voorwerpen
  dezelfde!
• De verhouding F/m versnelling van het voorwerp!

49
Luchtweerstand

• Voorwerp dat valt ? luchtweerstand
• Wat is luchtweerstand?
• Botsingen met luchtmoleculen
• Welke factoren hebben direct verband met de
  hoeveelheid luchtweerstand die een voorwerp
  ondervindt?
• Snelheid
• Contactoppervlak van het voorwerp
• Hoe meer een voorwerp in botsing komt met
  luchtmoleculen ? hoe meer luchtweerstand

50
Vraag - situaties waar voorwerpen luchtweerstand
ondervinden

• Bereiken voorwerpen, die weerstand van de lucht
  ondervinden, uiteindelijk een bepaalde
  eindsnelheid?
• Waarom vallen grotere massas sneller dan
  kleinere massas?

51
Luchtweerstand

• Wie raakt eerst de grond? De olifant of de veer?
• Waarom?

52

• h t0
• Animatie te zien
• Beweging olifant beweging veer
• Vector versnelling
• Waarom valt de olifant sneller?

53
Juist of fout?

1. De olifant ondervindt een kleinere luchtweerstand
   dan de veer en valt daarom sneller.
2. De olifant heeft een grotere versnelling dan de
   veer en valt daarom sneller.
3. Zowel de olifant als de veer hebben deze
   zwaartekracht, toch heeft de olifant een grotere
   versnelling.
4. Zowel de olifant als de veer hebben deze
   zwaartekracht, toch ondervindt de veer een
   grotere luchtweerstand.
5. Elk voorwerp ondervindt dezelfde luchtweerstand,
   toch ondervindt de olifant een grotere
   zwaartekracht.
6. Elk voorwerp ondervindt dezelfde luchtweerstand,
   toch ondervindt de veer een grotere
   zwaartekracht.
7. De olifant ondervindt minder luchtweerstand dan
   de veer en bereikt dan een grotere eindsnelheid.
8. De veer ondervindt meer luchtweerstand dan de
   olifant en bereikt daarom een kleinere
   eindsnelheid.
9. De olifant en de veer ondervinden dezelfde
   luchtweerstand, toch heeft de olifant een grotere
   snelheid.

54
Antwoord

• Alle stellingen ? fout
• Voorwerpen niet in evenwicht ? beide versnellen
• Voorwerpen vallen en ondervinden een opwaartse
  kracht luchtweerstand
• Luchtweerstand hangt af van
• De snelheid van het vallend voorwerp
• Het contactoppervlak van het voorwerp
• Stel dezelfde snelheid ? olifant meer
  luchtweerstand
• Maar waarom valt de olifant sneller terwijl hij
  meer luchtweerstand ondervindt?
• Luchtweerstand vertraagt toch je voorwerp?

55
Antwoord - Wet van Newton

• Voorwerp versnelt ? als resultante
• ? Luchtweerstand vergroot
• Voorwerp versnelt niet meer ? Luchtweerstand
  groot genoeg is
• De olifant ? grotere massa
• ? grotere zwaartekracht
• ? versnelt gedurende een langere periode tot
  wanneer de luchtweerstand de zwaartekracht kan
  opheffen
• ? ERB bepaalde snelheid tot einde

56
Tekening
57
Besluit

• De olifant valt sneller dan de veer omdat het
  nooit de eindsnelheid bereikt. De olifant blijft
  versnellen. Daarbij neemt de luchtweerstand toe.
• De veer bereikt snel zijn eindsnelheid. Vereist
  niet veel luchtweerstand alvorens zijn
  eindsnelheid ophoudt. De veer bereikt zijn
  eindsnelheid in een vroeg stadium van zijn val.
• Als er geen luchtweerstand zou zijn, wie zou er
  dan eerst op de grond aankomen?

58
Eindsnelheid

• Waarom bereiken voorwerpen, die luchtweerstand
  ondervinden, uiteindelijk een bepaalde
  eindsnelheid?

59
Skydiver
60

• Derde wet van Newton

61
(No Transcript)
62
Experiment 1

• Benodigdheden
• - filmrolpotje
• - ballon
• Werkwijze
• 1. Blaas de ballon op via de opening van het
  potje. Blaas niet meer dan 2 of 3-maal.
• 2. Hou de ballon boven het potje dicht en laat
  het geheel dan vliegen.
• Waarneming
• Er zijn twee bewegingen enerzijds zal hij
  stijgen en anderzijds zal hij roteren.
• Verklaring
• Het stijgen en roteren van het geheel is
  uiteraard te verklaren vanuit het actie-reactie
  principe.

63
Experiment 2

• Benodigdheden
• - twee rietjes (ong. 24 cm) met plooistuk
• - plakband
• Technische uitvoering
• 1. Knip van één van de rietjes een achttal cm af
  van het lange stuk.
• 2. Schuif het korte stuk van dit rietje over het
  lange stuk van het andere rietje. Dit zal pas
  goed lukken als je eerst in het lange stuk een
  inkeping knipt van ongeveer 2 cm.
• 3. Plak beide rietjes met een reepje plakband aan
  elkaar vast.
• 4. Buig de rietjes zodat twee rechte hoeken
  ontstaan, maar niet in hetzelfde vlak!
• Werkwijze
• 1. Steek het ingekorte lange stuk van het rietje
  in de mond.
• 2. Neem het vast alsof je een sigaret zou
  vastnemen.
• 3. Blaas nu krachtig door het rietje.

64
Experiment 2 vervolg

• Waarneming
• Het geheel zal ronddraaien!
• Buig het onderste stuk nu over een hoek van 180
  en herbegin.
• Het geheel zal nu langs de andere kant
  ronddraaien!
• Door de stand van het onderste deel te veranderen
  kan je bepalen wanneer het geheel het best
  ronddraait.
• Verklaring
• Dit is uiteraard opnieuw een zeer eenvoudig, maar
  praktisch voorbeeld van het actie-reactie
  principe.

65
Experiment 3

• Benodigdheden
• - plastieken speelgoedemmertje
• - tennisbal
• - elastiek
• - touwtje
• Werkwijze
• 1. Neem het touwtje in de ene hand
• 2. Draai met de andere hand het balletje rond
  zodat het elastiekje goed opgespannen is.
• 3. Laat het balletje nu los en zie wat er
  gebeurt.

66
Experiment 3 vervolg

• Waarneming
• Het balletje draait rond en het emmertje ook,
  maar dan wel in tegengestelde zin van het
  balletje! Na een tijdje draait het balletje in de
  andere zin en ook het emmertje gaat van draaizin
  veranderen.
• Verklaring
• Dit alles heeft zoals de voorgaande drie
  experimenten opnieuw te maken met het
  actie-reactie principe. Het veranderen van de
  draaizin na een tijdje komt door de traagheid dat
  het balletje heeft en hierdoor verder doordraait
  dan normaal en dus opnieuw kan terugdraaien.