1. 1 Basisgrootheden en hoofdeenheden - Telenet.beusers.telenet.be/nele.vanderbusse/cursus fysica 3...

Fysica – hoofdstuk 1 : Mechanica 1ejaar 2

egraad (1uur)

1. 1 Basisgrootheden en hoofdeenheden

In de Natuurkunde is het vaak van belang om de numerieke waarde van natuurkundige grootheden te bepalen:

• een grootheid is iets wat je kunt meten (bijv. 'lengte'); • een eenheid is de maat waarmee je meet (bijv. 'meter').

Lengte:

Voorbeeld: de lengte van het voetbalveld is 100 m : l = 100 m Symbool : l

Hoofdeenheid: de standaardmeter : m

VROEGER: Het 40 000 000 ste deel van een meridiaanomtrek NU: 1 650 763,73 maal de golflengte in vacuüm van de oranjerode spectraallijn van Krypton 86 Afgeleide eenheden:

Megameter : 1 Mm = 106 m = 1 000 000 m

kilometer : 1 km = 10³m decimeter : 1 dm = 10-1 m = 0,1 m centimeter: 1 cm = 10-2 m = 0,01 m millimeter: 1 mm = 10-3 m = 0,001 m

micrometer: 1 µ m = 10-6 m = 10-3 mm = 0,001 mm = 310−mm (micrometer = micron)

nanometer : 1 nm = 109−m = 10

6−mm ( nm = millimicron of m µ )

Picometer : 1 pm = 1012−m

Mm - km - hm – dam – m – dm – cm – mm - µ m – nm - pm

Twee streepjes op een platinastaaf Bureau international des Poids et Mesures Sèvres (Paris)

Wist je dat: Een angstrom is ook een lengtemaat genaamd naar de zweedse fysicus die geleefd heeft van 1814 tot 1874 in zweden. Dit is een oude lengtemaat die niet tot het S.I. stelsel behoort.

Angstrom : A = 107−mm = 10

10−m

Fysica 1ejaar 2

egraad (1uur): hoofdstuk 1 : Mechanica pag. 2

Tijd:

Voorbeeld: De sprinter heeft de afstand in 10 s gelopen: t = 10 s

Symbool : t Hoofdeenheid: de seconde = s

Afgeleide eenheden:

1 minuut: 1 min = 60 s 1 uur: 1 h = 60 minuten = 3600 s 1 jaar: 1 a (anno)

Massa Voorbeeld : De massa van de baby was 3 kg : m = 3 kg Symbool: m Definitie: massa = hoeveelheid stof waaruit een lichaam is opgebouwd.

Hoofdeenheid: Het standaardkilogram : kg

Afgeleide eenheden:

ton: 1 t = 103 kg

kilogram 1 kg = 103 g hectogram 1 hg = 102 g decagram 1dag = 101 g

gram: g = 103− kg = 0,001 kg

decigram : 1 dg = 10-1 g centigram: 1 cg = 10-2 g

milligram : 1 mg = 103− g = 10

6− kg

microgram : 1 µ g = 106− g

Opm: karaat: 1 ct = 200 mg

VROEGER: 1 / 86 400 gem. Zonnedag NU : 9 192 631 770 trillingen van een bepaalde lichtstraling uitgezonden door het atoom cesium 133

Massa van een platinablokje bewaard te Sèvres. Oorspronkelijk: de massa van 1dm³ zuiver water bij 1°C en een druk van 1 atmosfeer.

Fysica 1ejaar 2


Besluit :

Ieder land had vroeger zijn eigen eenheden. Dat was erg verwarrend. De franse zeemijl was b.v. niet even lang als de engelse zeemijl en die was op zijn beurt weer niet even lang als de engelse landmijl. In de tijd van Napoleon heeft men geprobeerd hier een eind aan te maken. Uit die tijd stammen de meter en de kilogram. Aan het einde van de negentiende eeuw heeft men een internationaal stelsel van eenheden ingevoerd : het S.I. stelsel Het SI-eenhedenstelsel steunt op 7 onderling onafhankelijke basisgrootheden met hun grondeenheden. Alle andere grootheden hebben een eenheid die afgeleid is van één of meer grondeenheden. De grondeenheden zijn onafhankelijk van uitwendige factoren zoals bv. plaats op aarde, tijd, temperatuur, druk. Ze zijn dus onveranderlijk en hebben overal ter wereld dezelfde maat. Wij kennen reeds 3 basisgrootheden: lengte, massa en tijd. Hun grondeenheden zijn:

� m = meter � kg = kilogram � s = seconde

GROOTHEID SYMBOOL EENHEID

lengte l m (meter)

tijd t s (seconde)

massa m kg (kilogram)

Voor bepaalde combinaties van basiseenheden is een vaste naam is bedacht. Zo zullen we later in de cursus bv. joule, de eenheid voor energie definieren. Aan de hand van voorvoegsels en basiseenheden kunt u doorgaans zelf de meeste eenheden samenstellen. Veelvoorkomende voorvoegsels zijn:

Voorvoegsel Symbool Factor

mega M 1 000 000 = 106

kilo k 1 000 = 103

hecto h 100 = 102

deca da 10 = 101

deci d 0,1 = 101−

centi c 0,01 = 102−

milli m 310001,0 −=

micro µ 610001.000,0 −=

nano n 910001.000.000,0 −=

pico p 1210001.000.000.000,0 −=

Afgeleide eenheden worden gevormd door voorvoegsel + grondeenheid

Opm: een uitzondering op deze regel is de kilogram. Kilogram is gekozen als basiseenheid en de voorvoegsels slaan op de eenheid gram.

Fysica 1ejaar 2


Het is dus heel belangrijk dat we eenheden kunnen omzetten naar een aangegeven eenheid.

Oefening: Zet volgende eenheden om naar de aangegeven eenheid.

a. 1 dag= ........................... kg

b. 1 hm = ............................m

c. 1 hPa = ............................Pa (Pa: pascal - eenheid voor druk)

d. 1 mA = ............................ A (A: ampère – eenheid stroomsterkte)

e. 1 µg = ............................ g

Afspraken:

1. Wetenschappelijke notatie

We noteren UITKOMSTEN steeds in Wetenschappelijke Notatie .

In fysica gaan we ook afronden en dus behouden we drie beduidende cijfers: nl. 1 beduidend cijfer voor de komma 2 beduidende cijfers na de komma. Bij omzetting naar de wetenschappelijke notatie gebruikt men voor de bepaling van de drie beduidende cijfers de afrondingsregels:

5,567 ronden we af naar 5, 57 want 7 > 5 5,563 ronden we af naar 5,56 want 3 < 5 5,565 ronden we af naar 5,57 want 5 = 5

vb. l = 1,25 . 10³ m t = 7,25 . 10-3 s m = 9,75 . 1012 kg Let op: Wetenschappelijke notatie slaat enkel op het getal, de eenheid blijft gelijk. vb. : 0,00027 m = 2,7 . 10-4 m komma van L -> R : exponent verkleint 30 000 km = 3 . 104 km komma van R -> L: exponent vergroot Oefening: Zet volgende resultaten om naar de wetenschappelijke notatie (wet.not.)

3000 m = ............................

3642 s = ............................

254,6 kg = ............................

0,0000759 m = ............................

0,06 km = ............................

0,7589 m3 = ............................

7,085 m2 = ............................

0,008957 g = ............................

dwz: 1 cijfer voor de komma . exponent eenheid

Fysica 1ejaar 2


2. Omzetten naar een aangeven eenheid:

Lengte km hm dam m dm cm mm

� 101 �

Oppervlakte km² hm² dam² m² dm² cm² mm² � 10² �

Volume km³ hm³ dam³ m³ dm³ cm³ mm³ � 10³ �

�-------------------� exponent: verkleint(-) vergroot (+)

OPM :

Oppervlaktematen en inhoudsmaten

Lengte

km hm dam m dm cm mm

Oppervlakte

km² hm² dam² m² dm² cm² mm²

Inhoudsmaten (Volume)

km³ hm³ dam³ m³ dm³ cm³ mm³

= =

l ml

Oefening: Zet om naar de aangegeven eenheid (tip: gebruik een tussenstap)

5,30 x 10 3 m = …………………….………….. km

= ………………………. km

2,70 x 10 2 m = …………………….………….. mm

= ………………………. mm

5,73 x 10 -2 km = ………………….……………m

= ………………………. m

3,77 x 10 -5 m = …………………….…………. cm

= ………………………. cm

1 l(liter) = 1 dm3

1 ml = 10-3 l

1 ml = 1 cm3

Fysica 1ejaar 2


Samenvatting: Werkwijze bij omzettingen

Stap 1: In fysica zullen we steeds werken met de wetenschappelijke notatie:

1,34 . 10 3 km

Stap 2: We zetten de eenheid om naar de aangegeven eenheid en gebuiken hiervoor een macht van 10. Stap 3: Uitwerken van de machten van 10

• Vermenigvuldigen 102 x 103 = 102+3 = 105 Je vermenigvuldigt machten van hetzelfde grondtal door hun exponenten samen te tellen.

• Delen

235

3

5

101010

10== −

Je deelt machten van hetzelfde grondtal door de exponent van de noemer af te trekken van de exponent van de teller.

Uitgewerkt voorbeeld:

125897 km = 1,26 105 km stap 1: wetenschappelijke notatie = 1,26 105 103 m stap 2: omzetten naar aangegeven eenheid = 1,26 108 m stap 3: machten van 10 uitwerken 58940589 mm2 = 5,89 107 mm2 stap 1: wetenschappelijke notatie = 1,26 107 10-6 m2 stap 2: omzetten naar aangegeven eenheid = 1,26 101 m stap 3: machten van 10 uitwerken

0,005794 dam3 = 5,79 10-3 dam3 stap 1: wetenschappelijke notatie = 5,79 10-3 103 m3 stap 2: omzetten naar aangegeven eenheid = 5,79 100 m3 stap 3: machten van 10 uitwerken = 5, 79 m3

eenheid

Macht van 10

Drie beduidende cijfers

Fysica 1ejaar 2


Oefeningen:

opgave Zet om naar wet. notatie Zet om naar de aangegeven eenheid

4,326 km

=...................................

=......................................................m = .....................................................m

14,2 mm

=...................................

=......................................................m

=......................................................m

0,03452 dm

=...................................

=.......................................................m

=......................................................m

3 000 cm²

=...................................

=.....................................................m²

=.....................................................m²

0,8 m³

=...................................

=..................................................mm³

=..................................................mm³

200 ml

=...................................

=...................................................cm³

=...................................................cm³

0,8 l

=...................................

=...................................................dm³

=...................................................dm³

3 000 mm²

=...................................

=...................................................km²

=...................................................km²

5 300 dam²

=...................................

=...................................................dm²

=...................................................dm²

5 000 mg

=...................................

=.....................................................kg

=.....................................................kg

0,40 km

=...................................

=....................................................µm

=....................................................µm

Fysica 1ejaar 2


20 000 mm

=...................................

=....................................................km

=....................................................km

15 002 cm

=...................................

=......................................................m

=......................................................m

314 µm

=...................................

=......................................................m

=......................................................m

1,15 nm

=...................................

=......................................................m

=......................................................m

Schrijf volgende getallen eerst decimaal en daarna met machten van 10 1 m² = ……………… dm² = ……………dm²

1m2 = …………… mm² = ………… mm²

1 m³ = …………….....cm³ = …………… cm³

Fysica 1ejaar 2


FORMULES oppervlaktematen en inhoudsmaten:

Oppervlakte

Symbool : A (Area)

Eenheid: m2

Volume

Symbool: V

Eenheid : m3 of l (liter)

vierkant A = z.z

kubus : V= z.z.z = z³

rechthoek: A = l . b

balk: V = l.b.h

driehoek: A =

2

.hb

prisma: V = Agrondvlak . h

cirkel : A = 2.rπ

cilinder: V = Agrondvlak . h

bol:

2

2

.

.4

d

rA

π

π

=

=

bol:

6

.3

4

3

3

d

rV

⋅=

=

π

π

kegel,

parallellogram: A = b.h

piramide: V =

3

hA⋅

trapezium: A = h

ba.

2

+

Fysica 1ejaar 2


Naam: .................................................................. Klas: ..............

Opgave 1:

Bereken de oppervlakte van een cirkel met straal 3 cm. Geef de uitkomst in m2.

Oplossingsmethode: Oplossing :

Onderlijn het gegeven, schrijf er de

naam van grootheid bij en noteer

deze grootheid met zijn symbool.

Noteer de waarde van deze grootheid

in het gegeven.

� Tip: Maak ook een schets en noteer hierop de gegeven

grootheden.

Geg: ...............=......................

Onderlijn het gevraagde, schrijf er de

naam van de grootheid bij en noteer

ook het symbool van deze grootheid.

Noteer dit in het gevraagde.

Gevr.: .............= ?

Noteer de gevraagde formule.

� Tip: Gebruik hiervoor het overzicht van de formules,

grootheden en eenheden.

Formule: ..........................................

Noteer de waarden van de gegevens

in de formule en bereken de

gevraagde grootheid.

Vergeet niet om te zetten naar de

gevraagde eenheid.

Berekeningen: ............................................................... ............................................................... ............................................................... ............................................................... ...............................................................

Formuleer het antwoord in

wetenschappelijke notatie

Antwoord: ..................................................................

Fysica 1ejaar 2


Naam: .................................................................. Klas: ..............

Opgave 2:

Bereken het volume van een bol met een diameter van 70 cm. Geef de uitkomst in cm³, dm³,

m³ en liter.






in het gegeven.


grootheden.

Geg: ...............=......................


naam van de grootheid bij en noteer

ook het symbool van deze grootheid.

Noteer dit in het gevraagde.

Gevr.: .............= ?




Formule: ..........................................





gevraagde eenheden.

Berekeningen: ............................................................... ............................................................... ............................................................... ............................................................... ...............................................................



Antwoord: .................................................................

Fysica 1ejaar 2


Naam: .................................................................. Klas: ..............

Opgave 3:

Met een kubusvormig vat met ribbe 8 cm brengen we zand in een doos met afmetingen: 2 dm,

3 dm en 0,5 m. Hoe vaak moeten we scheppen voor de doos vol is.






in het gegeven.


grootheden.

Geg: .............. ............. .............. ..............


verhouding van de grootheden bij .

Gevr.: ......................= ?




Formules: .......................................... .......................................... ..........................................



gevraagde verhouding.


gevraagde eenheid.

Berekeningen:

............................................................... ............................................................... ............................................................... ............................................................... ............................................................... ............................................................... ...............................................................



Antwoord: ..................................................................

Fysica 1ejaar 2


Naam: .................................................................. Klas: ..............

Opgave 4:

Een balk heeft als afmetingen: 25 cm, 3 dm, 0,4 m

a) Bereken het volume in m³

b) Bereken het volume in cm³






in het gegeven. Zet de grootheden

reeds om naar eenzelfde eenheid.


grootheden.

Geg: .............. ............. ..............

Onderlijn het gevraagde, noteer dit in

het gevr.

Gevr.: ......................= ?




Formules: ..........................................





gevraagde eenheid.

Berekeningen:

............................................................... ............................................................... ............................................................... ............................................................... ............................................................... ............................................................... ...............................................................



Antwoord: ..................................................................

Fysica 1ejaar 2


Naam: .................................................................. Klas: ..............

Opgave 5:

Een cilinder is 35 cm hoog, het grondvlak heeft een diameter van 20 cm. Bereken het

volume.Een andere cilinder met hetzelfde grondvlak heeft een volume van 2 liter. Bereken de

hoogte.






in het gegeven.


grootheden.

Geg: .............. ............. .............. ..............


verhouding van de grootheden bij .

Gevr.: ......................= ?




Formules: .......................................... .......................................... ..........................................



gevraagde verhouding.


gevraagde eenheid.

Berekeningen:

............................................................... ............................................................... ............................................................... ............................................................... ............................................................... ............................................................... ...............................................................



Antwoord: ..................................................................

Fysica 1ejaar 2


Vul volgende samenvattingen aan:

Hoe vraagstukken oplossen

� Lees de opgave grondig en onderlijn de gegevens en het

gevraagde.

� Noteer goed het gegeven en het gevraagde met symbolen .

� Vul steeds de juiste eenheden in.

� Zet de eenheden reeds om naar basiseenheden en wet.not in het

geg.

� Formuleer steeds duidelijk welke basisformules je gaat

gebruiken.

� Noteer dan pas de afgeleide formule (let hierbij goed op dat je

de formule juist omvormt)

� Noteer de oplossing in de wetenschappelijke notatie.

Fysica 1ejaar 2


Noteer hier je eigen opmerkingen en geheugensteuntjes:

......................................................................................................................................

......................................................................................................................................

......................................................................................................................................

......................................................................................................................................

......................................................................................................................................

......................................................................................................................................

......................................................................................................................................

......................................................................................................................................

......................................................................................................................................

......................................................................................................................................

......................................................................................................................................

......................................................................................................................................

......................................................................................................................................

Fysica 1ejaar 2


1.2 Krachten

1. 2. 1 Definitie van een kracht.

Proeven:

� een voorwerp laten vallen

� een spons samendrukken

� een lat plooien

� met een magneet een nagel aantrekken

� een bal laten rollen

� een bal stoppen

� papiersnipper naderen met een plastiekstaaf

� .....................................................................

Symbool voor kracht : F

Eenheid van kracht : N (Newton)

Statische krachtwerking : De kracht is de oorzaak van een

vervorming.

voorbeelden:

� ………………………………………………

� ……………………………………………… Dynamische krachtwerking: De kracht is de oorzaak van een bewegingsverandering.

voorbeelden:

� ………………………………………………

� ………………………………………………

Sir Isaac Newton (1642 – 1727)

De grootste verdienste van Newton was echter de theorie van de gravitatiewet. Zijn

nicht schreef later aan Voltaire dat Newton in de boomgaard ging nadenken en een

appel zag ( of voelde hij dit ...?) vallen. Dit bracht hem blijkbaar op het idee dat de

zwaartekracht die alle vooorwerpen naar de aarde trekt wel eens de “koord” zou

kunnen zijn die de hemellichamen op hun banen houdt. In 1687 publiceerde Newton “Philosophiae Naturalis Principia mathematica”

simpelweg de “Principia” genoemd. We mogen gerust zeggen dat dit wetenschappelijk

werk als één van de belangrijkste werken beschouwd wordt dat ooit door één man

geschreven is.

Een kracht werkt in op een voorwerp en kan de oorzaak zijn van:

� een vervorming

� een verandering in de bewegingstoestand

Fysica 1ejaar 2


Opm : Een dynamische kracht kan verschillende gevolgen hebben.

� de overgang van rust naar beweging

� de overgang van beweging naar rust

� een versnelling / vertraging

� een verandering van richting

1. 2. 2 Voorstelling van krachten

We merken dat de uitwerking van een kracht afhankelijk is van enkele factoren.

Elke kracht wordt dus bepaald door 4 elementen:

De voorstelling van een kracht wordt dus een Vector .

Een vector bevat dus veel meer informatie dan de getalwaarde van een kracht.

Voorbeeld:

Een auto wordt aangedreven met een kracht van 1000 N Teken de aandrijfkracht op de auto en

maak een schematische voorstelling.

1. een aangrijpingspunt

2. een richting : bepaald door een rechte (= drager van de

vector of de werklijn van de kracht)

3. een zin : per richting zijn er twee oriëntaties mogelijk

4. een grootte : uitgedrukt in N (Newton) volgens een

afgesproken schaal

Fysica 1ejaar 2


Oefeningen:

1. Teken een kracht met

� aangrijpingspunt : O

� richting: horizontaal

� zin : naar rechts

� grootte : 600 N ( 100 N =>1 cm)

2. Teken op onderstaande figuren:

� een aandrijfkracht van 5 N met aangrijpingspunt in het midden (1 N => 1 cm)

� een remkracht van 3 N met aangrijpingspunt in het midden (1 N => 1 cm)

� een drukkracht naar beneden van 2 N met aangrijpingspunt in het midden (1 N => 1 cm)

O .

Bewegingsrichting

Fysica 1ejaar 2


1.2.3 Samenstellen van krachten met eenzelfde aangrijpingspunt.

Als er meerder krachten op een voorwerp inwerken, dan zullen ze alle bijdragen aan de

vervorming of beweging van het voorwerp.

Al deze krachten proberen we te vervangen door 1 kracht nl de resultante (Fr).

de resultante = Fr

We vinden ze door de krachten als vectoren samen te stellen en het krachtenparallellogram te

tekenen.

Zelfde richting, zelfde zin

De resultante (Fr) van twee krachten (F1 en F2 ) die op een lichaam inwerken en die eenzelfde

richting en eenzelfde zin hebben, is een kracht die op dat lichaam inwerkt met dezelfde richting,

dezelfde zin en de grootte van die resultante is de som van beide krachten (F1 + F2).

Oefeningen

1) F1 = 50 N , F2 = 25 N , (10 N => 1cm)

Teken FR. Hoe groot is FR?

2) F1 = 35 N , F2 = 18 N , F3 = 26 N , (10 N => 1 cm)


F1

F2

F1 + F2 = FR

Indien de twee toeschouwers ook een handje zouden helpen

dan zou de auto veel vlotter in beweging geraken.

We merken dat als iedereen de auto duwt in dezelfde

richting en dezelfde zin dat de auto veel sneller in beweging

komt dan als je dit alleen moet doen.

Fysica 1ejaar 2


Zelfde richting, tegengestelde zin

Besluit: De resultante Fr van twee krachten (F1 en F2) die op een lichaam inwerken en die

eenzelfde richting maar in tegengestelde zin werken, is een kracht die op dat lichaan inwerkt

met dezelfde richting, de zin is de zin van de grootste kracht en de grootte van die resultante is

de grootste kracht min de kleinste kracht .

Oefeningen:

1) richting: horizontaal

F1 = 40 N naar links , F2 = 90 N naar rechts , (1 N => 1 cm)


2) richting: vertikaal

F1 = 67 N naar boven, F2 = 48 N naar omlaag, (10 N => 1cm)


(Maak de tekening in de kantlijn van dit blad.)

F1 F2

FR = F2 – F1

Bij touwtrekken werken er krachten in eenzelfde

richting maar in tegengestelde zin.

Touwtrekkers leveren veel inspanning maar met

weinig resultaat. Ze oefenen tegengestelde

krachten uit op het touw.

Fysica 1ejaar 2


Andere richting.

KRACHTENPARALLELLOGRAM

Oefeningen:

Werk op geruit papier, dat is eenvoudiger voor het tekenen van de hoeken.

1) F1 = 50 N , horizontaal, naar rechts.

F2 = 80 N , 45°met F1 naar rechtsonder.

(10 N => 1cm)


2) F1 = 7,5 N , vertikaal, naar omlaag

F2 = 9 N , 30° met F1 naar linksonder.

(1 N => 1 cm)


F1

F2 FR (door constructie parallellogram)

45°

30° vanaf bovenrand

60° vanaf bovenrand

Op een ballon werkt de zwaartekracht maar er kan ook een wind tegen de

ballon blazen. Op dat ogenblik werken er twee krachten op de ballon . Deze

krachten hebben een verschillende richting.

De ballon zal op dat ogenblik schuin dalen in plaats van loodrecht naar

beneden.

Fysica 1ejaar 2


1.2.4 Zwaartekracht en gewicht

Symbool van zwaartekracht : FZ Eenheid van zwaartekracht : N (Newton) Verklaring: Alle massa’s trekken elkaar aan. Voorstelling van zwaartekracht:

De zwaartekracht op een massa is een kracht dus kunnen we zwaartekracht voorstellen door een vector

� Richting : vertikaal

� Zin : naar omlaag (middelpunt aarde)

� Grootte : afhankelijk van de massa van het voorwerp

a) De zwaartekracht is afhankelijk van de zwaarteveldsterkte g (= een constante) op

de plaats waar het voorwerp zich bevindt.

Eenheid zwaarteveldsterkte g : kg

N

De gemiddelde waarde voor g op aarde = kg

N8.9

Dwz dat de aarde aan een massa van 1 kg met een kracht van 9,8 N zal trekken.

b) De zwaartekracht is ook afhankelijk van de massa van het voorwerp:

als de massa toeneemt zal de zwaartekracht toenemen. dus massa en

zwaartekracht zijn .......................................... maw m ....... Fz

Uit (a) en (b) volgt:

1 kg

Fz

Zwaartekracht is de kracht waarmee de aarde

aan een massa trekt maw de kracht die de aarde

uitoefent op alle voorwerpen in haar omgeving.

Fz = m . g

Fysica 1ejaar 2


Eenheid van zwaartekracht = eenheid massa . eenheid g

= kg

N . kg

= N

Afgeleide formules:

m

Fgen

g

FmgmF zz

z ===>= .

� Aangrijpingspunt : het zwaartepunt : z

Bepaling van het zwaartepunt:

� Bij een homogeen (meetkundige vorm) voorwerp is Z meetkundig te bepalen. � Bij een niet homogeen voorwerp kan het enkel experimenteel

(proefondervindelijk). � Door ondersteuning � Door ophanging

� Bij een voorwerp in evenwicht ligt het zwaartepunt steeds binnen het steunvlak.

Opgave:

1) Bepaal Z voor een rechthoek, een cirkel, een driehoek.

2) Knip een onregelmatig voorwerp uit karton en bepaal Z door ondersteuning.

(Perforeer en bewaar in je kaft)

Fysica 1ejaar 2


1.2.5 Massa, gewicht en zwaartekracht

Het gewicht van een voorwerp is het gevolg van de zwaartekracht. Definitie: Het gewicht van een massa is de kracht die deze massa , onder invloed van de zwaartekracht, uitoefent op een steunvlak of steunpunt. Symbool: Fg Eenheid : N (Newton) Let op: De zwaartekracht grijpt aan op de massa en het gewicht op het steunpunt/steunvlak. Volgens deze definitie is voor alle in rust zijnde massa’s het gewicht in grootte gelijk aan de zwaartekracht. Teken op de volgende tekening de zwaartekracht en het gewicht.

Eventjes herhalen !!!

� Definitie van Massa : De hoeveelheid materie waaruit een voorwerp is opgebouwd. Massa kan enkel voorgesteld worden door een getal. Symbool massa : m Eenheid massa : kg

� Definitie van zwaartekracht:

De kracht die de aarde uitoefent op een voorwerp in haar omgeving. Zwaartekracht wordt door een vector voorgesteld. Symbool zwaartekracht : FZ Eenheid zwaartekracht : N (Newton)

steunvlak

massa

Fysica 1ejaar 2


• Is je gewicht op de maan gelijk aan je gewicht op aarde? ………………………… Is je MASSA op de maan gelijk aan je MASSA op aarde? ………………………… Wat blijft er gelijk als je, je verder van de aarde verwijdert? ………………………… Wat zal er veranderen? ………………………………….......................................……

• Wat kopen we in de winkel: massa of gewicht ?

…………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………

• Wat lees je af op een personenweegschaal: massa of gewicht?

…………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………

• Welk voorwerp is het moeilijkst op te tillen, een van 25 kg of een van 100 N ?

Geg: …………………………………….

.........................................................

Gevr.: …………………………………….

Opl.: Formules: …………………………………………………………….

.............................................................................................

Berekeningen: ………………………………………………………..

……………………………………………………………………….

……………………………………………………………………….

……………………………………………………………………….

……………………………………………………………………….

Antwoord: ………………………………………………………………….

Denk na en antwoord

Weet je dit?

Op 102 000 km van het midden van de aarde weeg je nog 1/ 256.

Pas op 346 000 km van het midden van de aarde ben je gewichtloos.

Op 13 000 km van het midden van de aarde weeg je even veel als op de maan.

Fysica 1ejaar 2


Massa Zwaartekracht Gewicht

� Hoeveelheid

materie

� Eenheid: kg

� Een getal (scalaire grootheid)

� verandert niet

� Kracht die de aarde

uitoefent op een voorwerp in haar omgeving

� Eenheid : N (Newton)

� Een vector (4 delen – vectoriële grootheid)

� neemt af met de hoogte boven de aarde

� Kracht dat het

voorwerp uitoefent op een steunvlak onder invloed van de zwaartekracht

� Eenheid : N (Newton)

� Een vector (4 delen – vectoriële grootheid)

� neemt af met de hoogte boven de aarde

Bereken het gewicht als de massa gekend is en zet de waarden van de massa en het gewicht in de grafiek

Massa

in ...........

Gewicht

in ........

0

...................

1

...................

2

...................

3

....................

4

...................

Welk verband bestaat er tussen massa en gewicht? ..................................... Hoe kan je dit afleiden uit de grafiek? ........................................................... Wat is de evenredigheidsfactor? ......................................................................

Vergelijking:

Fysica 1ejaar 2


Vraagstukken

1. Bereken het gewicht als de massa 300 g is.

Geg: Gevr.: Formules: Berekeningen: Antwoord:

2. Bereken de massa als het gewicht 5000 N is.


3. Bereken de massa als het gewicht 3 kN is . Geg: Gevr.: Formules: Berekeningen: Antwoord:

Fysica 1ejaar 2


4. Vul de ontbrekende waarden in de tabel aan. Let op, vergeet niet om eerst om te

zetten naar de juiste grondeenheid. Zwaartekracht/gewicht

Fz= Fg= ...................

Eenheid: ........

Massa

m = ............

Eenheid: .......

Zwaarteveldsterkte

gaarde= .....

Eenheid: ..........

80 N

3 kg

20 g

3 ton

0,02 N

600 N

2 kN

5. Op 12 oktober 2005 om 3u onze tijd vertrok vanop een ijzig koud lanceerplatform op de

rand van de Gobi woestijn de Lange Mars 2F raket met de Shenzhou6 capsule en twee bemanningsleden voor een ruimtereis van ruim 5 dagen. De Taikonauten zijn de 40 en 41 jarige Fei Junlong en Nie Haisheng, allebei voormalige militaire piloten. De massa van Fei Junlong (lichaam en ruimtepak) is 115 kg. Op het ogenblik dat het ruimteschip zich op een

hoogte bevindt van 1500 km bedraagt de zwaarteveldsterkte nog 6,4 kg

N. )

a. Hoe groot is de zwaartekracht die op Fei Junlong werkt op aarde? b. Hoeveel bedraagt zijn massa op een hoogte van 1500 km? c. Hoe groot is de zwaartekracht die op hem werkt op een hoogte van 1500 km?

Geg: Gevr.: Formules: Berekeningen:

Antwoord:

Fysica 1ejaar 2


Meten van krachten : Dynamometer

Principe: Steunt op de uitrekking van een veer = statische krachtwerking

De uitrekking is recht evenredig met de kracht:

F ~ ∆s

Constant s

F=

∆⇒

k s

F=

∆⇒

F = k . ∆s F : kracht (eenheid : N )

k : krachtconstante (eenheid:m

N)

∆s : uitrekking van de veer (eenheid : m)

Wet van Hooke of wet van de elastische vervorming :

Bij elastische vervorming is de vervorming recht evenredig met de kracht. De verhouding is constant. Deze constante hangt af van de aard van de veer en noemen we de krachtconstante.

s k F ∆•=

Opmerking: Als de kracht die we op de veer uitoefenen te groot wordt dan zal de veer niet meer terugkeren naar haar oorspronkelijke toestand. De vervorming zal dan blijvend zijn. Men spreekt van een plastische vervorming en men zegt dat de elasticiteitsgrens overschreden is. Bij een niet blijvende vervorming spreekt men van een elastische vervorming.

We meten een kracht met een dynamometer.

In de dynamometer (ook wel krachtmeter genoemd) zit een veer. De veer wordt uitgerekt en de schaalverdeling vertaalt de uitrekking in grootte van de kracht. Op de ene veer moet je een grotere kracht uitoefenen om hem 1cm uit te rekken dan op een andere veer. Er zijn dus krachtmeters waarbij 1cm uitrekking voor een kracht van 10 N staat en krachtmeters waarbij 1cm uitrekking voor een kracht van 2 N staat. Het zijn krachtmeters met een verschillend bereik. Let op dat je bij gebruik van de dynamometer steeds het nulpunt en het maximale meetbereik kontroleert!!

Fysica 1ejaar 2


Grafiek : F in N IJking:

� Een schaalverdeling wordt aangebracht in N. � Afhankelijk van de sterkte van de veer.

Gebruik:

� Steeds het nulpunt instellen (controleren). � Sterkte van de dynamometer aanpassen aan de proef.

∆s in m

Fysica 1ejaar 2


Vraagstukken

1. Als de veerkonstante 0,4 m

N en de uitrekking 0,05 m is, welke kracht en welke massa zijn

aanwezig? Geg: Gevr.: Formules: Berekeningen: Antwoord:

2. Een massa van 900 g hangt aan een veer met veerkonstante 125 m

N.

Bereken de uitrekking . Geg: Gevr.: Formules: Berekeningen: Antwoord:

Fysica 1ejaar 2


Naam: ................................................................ Klas: .........................

3. Een dynamometer is 15 cm lang, heeft een veer met k = 175 m

N.

Wat is de grootst meetbare kracht? Bepaal de massa van het voorwerp Geg: Gevr.: Formules: Berekeningen: Antwoord:

4. Een veer heeft een veerconstante van 500 m

N.

a) Bereken de kracht die nodig is om de veer 5,0 cm uit te rekken. b) Welke massa moet je daarvoor aan de veer hangen?


Fysica 1ejaar 2


Samenvating:

Zwaartekracht is de kracht die ...............................uitoefent op een voorwerp in haar omgeving. Formule grootte zwaartekracht : Fz = ……………………

F : ..........................(eenheid : ..........)

m : ..........................(eenheid : ...........)

g : ...........................(eenheid : ..........) Gewicht is de kracht die ...............................uitoefent op een ............... onder invloed van de zwaartekracht. Formule grootte gewicht (indien er gewicht is) : Fz = Fg = ……………………

Formule veerkonstante (Wet van Hooke) : F = ............................................

F : ......................... (eenheid : ...........)

K : .......................... (eenheid:............)

∆s: ......................... (eenheid : ..........)

Een kracht werkt in op een voorwerp en kan de oorzaak zijn van

een ................................................. of ..............................

Symbool kracht : ............ Eenheid : ........ (.........................)

Voorstelling van een kracht : .......................................

� .........................................

� .........................................

� ..........................................

� ..........................................

1. 1 Basisgrootheden en hoofdeenheden - Telenet.beusers.telenet.be/nele.vanderbusse/cursus fysica 3...

Documents

Transcript of 1. 1 Basisgrootheden en hoofdeenheden - Telenet.beusers.telenet.be/nele.vanderbusse/cursus fysica 3...