Vragen bij les 4: krachten 1. Een appel die ... - HRWisAHenme

Vragen bij les 4: krachten
1. Een appel die losraakt van de boom beweegt versneld omlaag doordat de aarde op de
appel een aantrekkende kracht uitoefent.
a. Dus moet ook de appel ….
b. Welke kracht is dan groter: die van de aarde op de appel of die van de appel op
de aarde?
c. Tijdens de val van de appel zou ook de aarde naar de appel toe moeten komen.
Waarom merken wij hier niets van?
2. Een vader en zijn dochter zijn aan het schaatsen. Ze staan tegenover elkaar en zetten zich
allebei tegen de ander af. Wie van de twee krijgt de grootste snelheid, en waarom?
3. Je probeert je auto die stilgevallen is aan de kant van de weg te duwen. Hoewel je een
horizontale kracht van 400 N op de auto uitoefent, komt de auto niet van zijn plaats (en jij
ook niet). Welke kracht(en) moet(en) ook een grootte van 400 N hebben: (a) de kracht die
de auto op jou uitoefent; (b) de wrijvingskracht die door de auto wordt uitgeoefend op het
wegdek; (c) de normaalkracht die het wegdek uitoefent op jou; (d) de wrijvingskracht die
door het wegdek op jou uitgeoefend wordt?
4. Met behulp van een tweearmige balans (zie figuur hieronder) kun je massa’s met elkaar
vergelijken. Je maakt dan gebruik van geijkte ‘massastukken’.
Zo een balans is in evenwicht zodra op elk van de schalen een even grote kracht wordt
uitgeoefend. Dit is het geval als de aarde even hard aan het ‘te wegen’ voorwerp op de
ene schaal trekt als aan de massastukken op de andere schaal. Kortweg gezegd geldt dan
Fz,links = Fz,rechts.
Maak nu duidelijk dat bij gebruik van zo’n balans de grootte van de valversnelling géén rol
speelt (zodat inderdaad massa’s met elkaar worden vergeleken).
De grootte van de valversnelling speelt hier geen rol omdat zij aan allebei de kanten werkt.
Zij kan dan uit de vergelijking weggestreept worden:
Fz,links Fz,rechts g mlinks g mrechts 5. Bij windstil weer beweegt een regendruppel met constante snelheid recht omlaag.
a. Welke twee krachten werken op de druppel?
b. Wat kun je opmerken over grootte en richting van deze krachten tijdens
genoemde beweging van de druppel?
a. Er werken zwaartekracht en luchtweerstand op de druppel.
b. De zwaartekracht werkt recht omlaag, de luchtweerstand recht omhoog op de druppel.
Omdat deze naar beneden valt kunnen wij concluderen dat de zwaartekracht groter is
dan de luchtweerstand.

6. Een doos met een massa van 10 kg rust op een glad, wrijvingsloos horizontaal oppervlak.
a. Bereken het gewicht van de doos en de normaalkracht die er door de tafel op
uitgeoefend wordt.
b. Bereken de normaalkracht als je met een kracht van 40 N omlaag op de doos
drukt.
c. Bereken de normaalkracht als je de doos aan een touw met een kracht van 40 N
omhoog trekt.
a. Het gewicht van de doos is 10kg x 9,81 m/s 2 = 98,1N = FZ. Deze kracht werkt vertikaal
omlaag. Omdat de doos in rust is, is de enige kracht die vertikaal omhoog werkt de
normaalkracht die de tafel op de doos uitoefent. Deze is even groot (maar qua richting
tegenovergesteld) als de zwaartekracht, dus 98,1 N. De som van de twee krachten is 0:
FN-FZ = 0
b. Er werken nu drie krachten op de doos: de zwaartekracht, de normaalkracht, en de
kracht die door de druk op de doos uitgeoefend wordt. De doos drukt nu met een gewicht
van de zwaartekracht + 40 N tegen de tafel aan. De tafel moet dus een normaalkracht op
de doos uitoefenen van FZ+40N = FN = 138,1N.
c. Het gewicht van de doos is nog steeds 98,1N, en deze zwaartekracht is vertikaal omlaag
gericht. Als je nu van boven met een kracht van 40N aan het voorwerp trekt, dan is de
resulterende kracht die het voorwerp op de oppervlakte van de tafel uitoefent kleiner dan
zijn gewicht, namelijk 98,1 – 40 = 58,1N. De normaalkracht warmee de tafel ‘terug drukt’
is dan even groot, namelijk ook 58,1N.
7. Op een sleetje (massa 5,0 kg) gaat een kracht van 20 N werken zoals in het figuur
hieronder weergegeven.
a. Bereken de normaalkracht.
b. Bereken de versnelling die het sleetje krijgt als je wrijving kunt verwaarlozen.
c. De grond oefent op het sleetje echter een wrijvingskracht uit van 14 N. Bereken
opnieuw de versnelling.
a. De normaalkracht werkt recht omhoog op het sleetje. Zij is even groot als de
duwkracht die het sleetje op de grond uitoefent. Deze duwkracht is op een recht
oppervlak even groot als de zwaartekracht die op het sleetje werkt, namelijk
2
Fz 5kg
9,
81m
/ s 49,
05N
. Maar deze kracht wordt in dit geval echter
verkleind door de verticale component van de trekkracht – deze is
( v)
sin 37
20N
12N
. De normaalkracht is dan 49 12
37N
:
F t
b. De component van de kracht F die in de richting van de beweging van het sleetje is
gericht is Fvoorwarts F cos37 15,97N . Deze kracht kan een gewicht van 5 kg
een versnelling van 15,97/5 = 3,19 m/s
2 geven, als wij wrijving kunnen verwaarlozen.
c. Met een wrijvingskracht van 14 N werkt nog maar een kracht van 15,97-14=1,97 N in
de richting van de beweging van het sleetje. Deze kracht kan het sleetje nog een
versnelling van 1,97/5 = 0,39 m/s 2 geven.
F n

8. Het sleetje van de vorige opgave wordt even later op een ‘hellend vlak’ gezet (met een
hellingshoek van 23°). Na loslaten blijkt het sleetje in 10 s een afstand van 20 m af te
leggen.
a. Bereken de versnelling van het sleetje.
b. Bereken de wrijvingskracht die op het sleetje heeft gewerkt.
a. Als het sleetje in 10 s een afstand van 20 m aflegt heeft het een gemiddelde
snelheid van 2 m/s gehad. Bij een beweging met constante versnelling moet de
eindsnelheid dan 4 m/s geweest zijn, en zijn versnelling dus 4/10 = 0,4 m/s 2 .
b. De componente van de zwaartekracht die in de richting van de beweging van het
sleetje werkt is F1 Fz sin23 49,05N sin23 19,17N . Uit de versnelling
kunnen wij concluderen dat de daadwerkelijke kracht langs de helling echter 5 x 0,4
= 2 N was. Er moet dus een wrijvingskracht van 17,17 N in de tegenovergestelde
richting hebben gewerkt.
9. Aan een sterke spiraalveer wordt een voetbal gehangen. Hierdoor krijgt de veer een
uitrekking (u) van 15 cm.
(a) Maak een tekening en geef daarin de krachten weer die op de bal werken.
(b) De veer heeft een veerconstante C = 28 N/m. Bereken de massa van de voetbal.
10. De kabel waaraan een lijft met een massa van 2125 kg hangt heeft een breuksterkte van
21750 N. Hoe groot is de versnelling die de kabel aan de lift kan geven zonder te breken?
Bij een breuksterkte van 21750 N kan de kabel een maximale versnelling van a = F/m =
21750/2125 = 10,24 m/s 2 aan de lift geven. Bij versnellingen groter dan dit zal de kabel
scheuren.