Fysica

Broos Fonck

Fysica

Wetten van Newton

Broos Fonck Sint-Paulusinstituut

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


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

m

Fa

ma

Fa~1

~

~⇒

⎪⎭

⎪⎬⎫


30

GH - EH

Grootheid Symbool Eenheid

Kracht F [F] = N

211

s

mkgN ⋅=


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 F=m.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


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 massa’s sneller dan kleinere massa’s?


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


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.

Fysica

Documents

Transcript of Fysica