Inhoud
- Kracht en snelheid zijn directioneel
- Krachten die op een vliegtuig handelen
- De kracht van zwaartekracht
- Free-body diagrammen
De eerste van Sir Isaac Newtons Three Laws of Motion, die de basis vormen van de klassieke mechanica, stelt dat een object in rust of in een staat van uniforme beweging voor onbepaalde tijd zo blijft bij afwezigheid van een externe kracht. Met andere woorden, een kracht is die welke een verandering in snelheid of versnelling veroorzaakt. De hoeveelheid versnelling die door een gegeven kracht op een object wordt geproduceerd, wordt bepaald door de massa van het object.
Kracht en snelheid zijn directioneel
Wanneer fysici spreken over de snelheid van een object, hebben ze het niet alleen over de snelheid van het object, maar ook over de richting waarin het beweegt. Evenzo heeft kracht zowel een richtingcomponent als een kwantitatieve component - een kracht die direct tegenover de snelheid van een object staat, heeft een ander effect op het object dan een kracht die haaks op zijn beweging werkt. In wiskundige termen zijn kracht, snelheid en versnelling - dat is de snelheid van verandering van snelheid geproduceerd door een kracht - "vector" grootheden, een term die hun directionele component impliceert.
Krachten die op een vliegtuig handelen
De eenvoudigste manier om te begrijpen hoe een kracht de snelheid van een object verandert, is zich voor te stellen dat die kracht in dezelfde richting werkt als de snelheid. Bijvoorbeeld, de straalmotoren in een vliegtuig zorgen voor een kracht die in de richting van de beweging van het vliegtuig werkt, waardoor het een positieve versnelling krijgt en het sneller gaat. Luchtwrijving daarentegen verzet zich direct tegen de beweging van het vliegtuig en vertraagt deze; als de motoren stoppen met werken, zal het vliegtuig uit de lucht vallen. Maar wanneer de kracht van de motor en de opwaartse druk van de luchtdruk op de aerodynamisch ontworpen vleugels de wrijvingskracht en andere vertragende krachten, waaronder de zwaartekracht, in evenwicht houden, vliegt het vliegtuig met een constante snelheid naar zijn bestemming.
De kracht van zwaartekracht
De zwaartekracht die de zon op de aarde uitoefent, is een voorbeeld van een kracht met een belangrijke richtingscomponent. Omdat de zwaartekracht haaks op de beweging van de aarde werkt, verandert dit niet de snelheid waarmee de planeet zich verplaatst, maar het verandert voortdurend de richting. Als gevolg hiervan beweegt de aarde in een bijna cirkelvormige baan. De snelheid van de aarde kan relatief constant zijn, maar zijn snelheid verandert altijd als gevolg van de zwaartekracht die hem altijd naar de zon trekt. Dezelfde zwaartekracht houdt satellieten in een baan om de aarde.
Free-body diagrammen
De wiskundige relatie tussen kracht (F) uitgeoefend op een object en zijn versnelling (a) is F = m • a, waarbij "m" de massa van het object is. De eenheid voor kracht in het metrische systeem is de Newton, die is vernoemd naar Isaac Newton, de Engelse natuurkundige die de relatie formuleerde. In de echte wereld werken er meestal verschillende krachten op een lichaam, elk met een directionele component. Deze krachten kunnen mechanisch, zwaartekracht, elektrisch of magnetisch van aard zijn. Om de beweging van het object te voorspellen, is het vaak handig om een diagram van het vrije lichaam te tekenen, dat een grafische weergave is van deze krachten die de grootte en richting van elk van deze krachten weergeeft.