Open de onderstaande simulatie en laat het model lopen. In het bovenste scherm is naast de beweging van de wielrenner ook te zien hoe tijdens de beweging de snelheid, afstand en de twee krachten veranderen.
In het begin neemt de snelheid bijna lineair toe omdat de luchtweerstand dan nog erg klein is. De versnelling van de wielrenner is dan vrijwel 0,5 m / s2.
a) Waardoor wordt de versnelling van 0,5 m / s2 veroorzaakt?
b) Hoe kun je aan de grafiek zien dat de versnelling in het begin 0,5 m / s2 is?
c) Waardoor wordt de toename van de snelheid geleidelijk steeds minder?
d) Leg uit waardoor de snelheid uiteindelijk constant wordt.
e) Controleer of de snelheid na twee minuten constant geworden is, en bepaal hoe groot die constante snelheid dan is.
Uitwerking vraag (a)
Een versnelling a is altijd het gevolg van een resultante kracht F die werkt op een voorwerp met een massa m, dit volgens de tweede wet van Newton: F = m * a. In dit geval is de luchtweerstand nog erg klein. Wanneer we de luchtweerstand verwaarlozen, dan wordt de versnelling dus bepaald door de kracht F die de wielrenner levert en de massa m van wielrenner en fiets tezamen.
Uitwerking vraag (b)
Uitvergroot stuk van de snelheid-tijdgrafiek
In de grafiek hebben we met rood de raaklijn ingetekend op het tijdstip t = 0,0 s. We zien dat deze raaklijn na 30 s een snelheid heeft van 15 m / s. De versnelling op het tijdstip t = 0,0 s is daarmee a = Δv / Δt= 15 / 30 = 0,5 m / s2
Uitwerking vraag (c)
Omdat de luchtweerstand toeneemt, wordt de resultante kracht steeds minder. De versnelling wordt dus steeds kleiner.
Uitwerking vraag (d)
Uiteindelijk wordt de snelheid zo groot dat de luchtweerstand precies even groot is als de kracht die de wielrenner uitoefent. Vanaf dat moment is de resultante kracht 0, en dus is de versnelling 0.
Uitwerking vraag (e)
Met de instellingen waarmee de simulatie opent, krijgen we na ongeveer 80 seconden een horizontale lijn. Dat betekent dat de snelheid constant is. Aflezen geeft ons een waarde van v = 15,0 m/s.
Merk op dat je zelf de waardes voor voortstuwingskracht en voor c kunt aanpassen. Dat levert natuurlijk een andere eindsnelheid op, dit valt buiten deze opgave.
