Een krachtig verhaal

Wat zijn krachten in de natuurkunde?

Snelheid kan je zien, een kracht kan je echter niet zien. Je kunt alleen de effecten van een kracht zien. Er zijn drie effecten. Als je op het gas van een auto trapt, voel je dat je naar achter wordt gedrukt en je merkt dat je snelheid toeneemt. Dat (snelheid VERANDEREN) is het eerste wat kracht kan doen. Het tweede is dat een kracht de bewegingsrichting kan VERANDEREN, er is een kracht nodig om door de bocht te gaan. En als laatste kan een kracht de vorm VERANDEREN, zoals bij het opblazen van een ballon, of het buigen van een stok.

Zie je dus een VERANDERING van snelheid, van richting of van vorm, dan weet je dat er krachten in het spel zijn.

We kunnen voor het overzicht krachten eens indelen in drie groepen:

·         actieve krachten;

·         tegenkrachten (reactiekrachten of passieve krachten);

·         rekenkrachten.

Actieve krachten:
De zwaartekracht F_zw is een voorbeeld van een actieve kracht. Die kracht is er eigenlijk altijd. Overal waar voorwerpen (beter: massa’s) zijn is er zwaartekracht. Maar om hem te voelen moeten dat wel grote massa’s zijn zoals de maan of de aarde. Je kunt ook denken aan spierkracht, of magnetische kracht .

Tegenkrachten:
Voorbeelden van tegenkrachten zijn luchtweerstand (denk aan tegenwind) en rolwrijving (op draaiende wielen). Een ander voorbeeld van een tegenkracht is de normaalkracht F_n. Goed dat die er is. Want op ieder voorwerp op aarde, dus ook je lichaam, werkt de zwaartekracht naar het middelpunt van de aarde. En die kracht verandert je snelheid. Maar… val je de aarde in? Nee, dat komt omdat er een tegenkracht is die net zo groot is als de zwaartekracht maar tegengesteld gericht. Die kracht noemen we de normaalkracht F_n. Met het woordje 'normaal' wordt 'loodrecht' bedoeld. De normaalkracht staat namelijk altijd (echt altijd!) loodrecht op het vlak dat deze kracht uitoefent. Op aarde is dat oppervlak de aardkorst. Is die er niet (zoals op een gasplaneet zoals Jupiter) dan val je wel naar het middelpunt. Het volledige verhaal van wat er zou gebeuren als je Jupiter in valt is overigens iets uitgebreider (zoek maar eens op YouTube).

Rekenkrachten:
Hé, er zijn dus twee krachten.... maar GEEN VERANDERING van snelheid, richting of vorm. Dat klopt. Het is eigenlijk net of er géén kracht is (terwijl we zeker weten dat er wél een zwaartekracht is, en daarom zelfs ook een normaalkracht). Dat soort dingen leggen we nu uit met behulp van rekenkrachten. De resulterende kracht of resultante F_res is zo'n rekenkracht. Die is het resultaat van het rekensommetje F_zw + F_n = F_res. Omdat F_n precies tegen F_zw inwerkt noemen we die kracht negatief. Stel jij weegt 600 N, dan is de zwaartekracht dus 600 N, de normaalkracht -600 N , en de resultantekracht F_res = 600 N + (-600) N = 0 N . Een resultante (ook wel nettokracht genoemd) van 0 N betekent GEEN VERANDERING van snelheid, richting of vorm.

Wil je meer weten over optellen en aftrekken van krachten, kijk dan hier.

Meer soorten krachten

Een ander voorbeeld van een actieve kracht is de spierkracht, F_s. Duw je uit alle macht (grote spierkracht) tegen een muur, dan gaat die muur vast niet aan de kant. Ook weer dankzij de (even grote maar tegengesteld gerichte) tegenkracht F_s van die muur. Ook weer een resultante van 0 N.

In dit overzicht mag de wrijvingskracht (F_w) niet ontbreken. Ook een tegenkracht. We zetten een grote zware doos op een gladde keukenvloer: jij duwt er met ál je spierkracht tegen, die doos zal dan van snelheid veranderen. Zet nou die doos op een (ruw) stuk asfalt buiten: wéér duwen met ál je spierkracht. Nu verandert die doos lang niet zo hard van snelheid. Jouw spierkracht F_s is bijvoorbeeld 300 N. Op die gladde vloer is de wrijvingskracht maar klein, laten we zeggen 50 N. We halen weer de rekenkracht erbij: F_res = F_s + F_w . Die wrijvingskracht werkt weer precies tegengesteld aan de spierkracht, en noemen we dus negatief. Fres = 300 - 50 = 250 N. Dat is een redelijke nettokracht en de snelheidsverandering van de doos zal groot zijn. Op het asfalt is F_w veel groter, laten we zeggen 275 N. F_res = 300 - 275 = 25 N. Dat is een veel kleinere nettokracht, 10 x zo klein, De snelheidsverandering van de doos zal dan 10 x zo klein zijn.

Ten slotte die veerkracht F_v. Eigenlijk is dat ook een tegenkracht, maar een beetje een bijzondere: hij kán actief worden. De normaalkracht en wrijvingskracht houden alleen maar dingen tegen. Als je minder hard tegen de muur duwt, duwt de muur ook minder hard terug (denk maar na, anders zou de resultantekracht niet 0 N zijn en zou de muur jou achteroverduwen). Duw een blokje tegen de muur, laat los, en het blokje valt gewoon naar beneden (dankzij de zwaartekracht). Maar als je dat blokje tegen een ingedrukte veer duwt en dán loslaat zal die veer dat blokje met grote kracht de kamer in schieten. Wrijvingskracht en normaalkracht doen dat niet. 

Nog een andere indeling: duw- en trekkrachten

Je kunt alle krachten ook nog anders indelen, in twee groepen:

     - duwkrachten

     - trekkrachten

Dat zijn dus geen aparte soorten krachten. De naam zegt het al, een kracht duwt ergens tegen, of trekt ergens aan. Er zijn krachten die alleen maar kunnen duwen (zoals de normaalkracht), of alleen kunnen trekken (zoals de zwaartekracht, of de spankracht in een touw). Maar voor veel krachten hangt het van de situatie af of ze in dié situatie een duw- of trekkracht zijn. Denk bijvoorbeeld aan de veerkracht in een uitgerekte (trekkracht) of ingedrukte (duwkracht) veer. Of denk aan magneetkracht: tegengestelde polen trekken elkaar aan, gelijke polen stoten elkaar af