Zwaartekracht
Zwaartekracht is een natuurkracht. Als bijvoorbeeld een appel van de boom losraakt valt hij altijd recht naar beneden. Nooit omhoog of schuin omlaag. Dat heeft een eenvoudige oorzaak, de zwaartekracht. Dit is beschreven door de natuurkundige Isaac Newton in de 17e eeuw. Alles wat massa heeft, een boek, een planeet, een mens, heeft zwaartekracht. Anders gezegd, alle voorwerpen, groot en klein, trekken elkaar aan.
In de ruimte heb je twee belangrijke planeten en één belangrijke ster: de aarde, de maan en de zon. Deze draaien om elkaar heen. De aarde wordt aangetrokken door de zon, omdat de zon groter is dan de aarde. Hierdoor draait de aarde om de zon heen. De maan is kleiner dan de aarde, de aarde heeft dus een sterkere aantrekkingskracht en hierdoor draait de maan om de aarde. De aantrekkingskracht die bij de aarde, de maan en de zon worden ingezet, wordt zwaartekracht genoemd. Zwaartekracht is dus de aantrekkende kracht van twee voorwerpen met massa’s die energie op elkaar uitoefenen. Onze aarde is één grote magneet, de zwaartekracht zorgt ervoor dat alles naar de aarde valt. Een magneet trekt ijzer aan, maar de aarde trekt alles aan. De aarde is heel groot en heeft dus een grote aantrekkingskracht dus ook veel zwaartekracht. Hierdoor blijven we ook met onze voeten op de grond staan en vallen de mensen in Australië niet van de aarde af. De zwaartekracht werkt ook op grote afstand, bijvoorbeeld tussen de aarde en de maan. De zwaartekracht die verantwoordelijk is voor het vallen van een appel, zorgt er ook voor dat de maan of een satelliet in een baan om de aarde blijft
Zwaartekracht komt voor bij verschillende dingen
- De vleugels van een vogel hebben een vorm die ervoor zorgt dat er bij voldoende snelheid een opwaartse kracht ontstaat. De bovenkant is meer gebogen dan de onderkant, waardoor tijdens het vliegen de lucht boven de vleugel kleiner dan eronder wordt, zo ontstaat er een opwaartse kracht. De vogel stijgt als de opwaartse kracht groter is dan de zwaartekracht die op de vogels werkt. - Als een voorwerp blijft drijven is er een evenwicht tussen de zwaartekracht die op het voorwerp werkt en de opwaartse kracht van het water. (Kersbergen & Haarhuis, 2013) Kortom zwaartekracht is een kracht die voorwerpen aantrekt. Het hangt af van de massa, of de hoeveelheid stof waaruit dat voorwerp bestaat. Hoe groter de massa, hoe groter de aantrekkingskracht. De aarde is zo groot, dat haar aantrekkingskracht groot genoeg is om alles naar haar oppervlakte toe te trekken en het daar te houden.
Aantrekkingskracht
Aantrekkingskracht ontstaat doordat twee voorwerpen elkaar aantrekken alsof ze magnetisch zijn. Maar de aarde trekt harder aan een mens dan andersom, omdat de aarde groter is. De aarde heeft meer massa. Op de aarde weegt een astronaut bijvoorbeeld 70 kg. De zwaartekracht houdt ons op de aarde. Raketten hebben zeer zware motoren nodig om op te stijgen, want de raket moet ontsnappen aan de zwaartekracht. Alles valt even snel. Een zware kogel valt dus even snel als een knikker.
Zwaartekracht berekenen
De zwaartekracht wordt op de aarde gemeten met een moeilijke formule. Deze formule is: zwaartekracht = massa * valversnelling. Voor de massa (afgekort m) vol je in hoe zwaar het voorwerp is waar je de zwaartekracht van wilt weten, in kilogrammen. De valversnelling (afgekort g) is de versnelling waarmee een voorwerp naar de aarde valt in een vrije val. De valversnelling is (bijna) overal op de aarde gelijk en heeft een waarde van 9.81m/s². De zwaartekracht (afgekort F) wordt uitgedrukt in Newton (afgekort N). De formule voor de zwaartekracht is afgekort:
Stel je voor: een persoon weegt 70 kilogram en je wilt uitrekenen welke zwaartekracht er op hem uitgeoefend wordt. Je gebruikt dan de formule voor het uitrekenen van de zwaartekracht en vult deze in. De F = m * g is dus ingevuld 70 * 9.81. Als je dat dan uitrekent komt daar 686,7N uit. Op deze persoon werkt dus 686,7 Newton aan zwaartekracht.
De drie wetten van Newton
Zie Wetten van Newton voor het hoofdartikel over dit onderwerp.(N) is de SI-eenheid voor kracht, vernoemd naar de grote natuur- en wiskundige Isaac Newton. 1697 bedacht Newton drie wetten waaraan krachten zich houden.
1e Wet van Newton: massa is traag Als de snelheid van een voorwerp niet van grootte en niet van richting verandert dan is de resulterende kracht op dit voorwerp gelijk aan 0 N. Traagheid betekent in dit geval dat je snelheid niet verandert als er geen netto-kracht op je lichaam werkt. Voorwerpen met een eenparige beweging, dit is een beweging met een constante snelheid. Om de snelheid te veranderen is er een netto-kracht van buitenaf nodig.
2e Wet van Newton: Als de snelheid van een voorwerp wel van grootte of van richting verandert dan moet er een resulterende kracht op dit voorwerp werken. Voor deze resulterende kracht geldt:
F = m . a
Met deze formule kun je berekenen hoeveel kracht ervoor nodig is om voorwerp met een bepaald gewicht een bepaalde versnelling te geven.
F= kracht (N)
m= gewicht in kilogram
a= afstand
3e Wet van Newton: actie= - reactiekracht Het blijkt namelijk zo te zijn dat krachten altijd paarsgewijs voorkomen. Elke kracht gaat gepaard met een even grote maar tegengestelde gerichte kracht. De beide krachten werken nooit op hetzelfde voorwerp. (Willems) Op een voorwerp wordt vanuit de aarde de zwaartekracht (Fz) uitgeoefend. Gewichtskracht (Fg) ontstaat doordat het voorwerp tegen de grond wordt gedrukt door de zwaartekracht, dan ondervindt de grond een kracht van het voorwerp. Normaalkracht (Fn) ontstaat doordat de grond wordt ingedrukt door de gewichtskracht oefent de grond ook een kracht uit op het voorwerp. De normaalkracht en de gewichtskracht zijn oorzaak en gevolg van elkaar en zijn dus altijd even groot, tegengesteld gericht en werken op verschillende voorwerpen.
Voorbeeld met de laptop op je tafel. Volgens de 1e wet zal de laptop op de grond moeten vallen. Door de 3e wet van Newton is de kracht op de tafel, de actiekracht/gewichtskracht en de kracht van de tafel op de computer- de normaalkracht- is de reactiekracht. (De wetten van Newton)
Gewichtloosheid
Omdat er in de ruimte geen zwaartekracht is, ga je zweven. In de ruimte weegt een astronaut nul kg. Alles is gewichtloos omdat er geen aantrekkingskracht van de aarde is.
Minder aantrekkingskracht
De maan is zes keer zo klein dan de aarde. De aantrekkingskracht ook. De astronaut weegt 12 kg. Omdat de spieren van de astronaut veel te sterk zijn voor de 12 kg, kan hij op de maan vijf meter hoog springen en niet goed lopen. Bij elke stap zweeft hij een eindje in de lucht. Waarom zijn astronauten in het ruimteveer gewichtloos? De zwevende astronauten verkeren in een ‘vrije val.’ De enige manier om van de aarde los te komen, is doormiddel van een hele krachtige raket. De maan is kleiner dan de aarde, minder massa, hierdoor is de aantrekkingskracht ook minder. Astronauten in een ruimteschip zweven ook omdat ze samen met het ruimteschip in de baan om de aarde vallen. Op de aarde is het zo dat het zwaarste voorwerp het snelst valt, dit komt door de lucht in combinatie met de zwaartekracht. Op de maan is er geen lucht, maar wel zwaartekracht. Hierdoor vallen alle voorwerpen tegelijk op de grond, zoals een hamer en een veer.
Meer aantrekkingskracht
De planeet Jupiter is 300 keer groter dan de aarde. Een astronaut zou 21.000 kg wegen. Een dropje van tien gram op aarde zou op Jupiter drie kg wegen. Het zou door de zwaartekracht van Jupiter dwars door de maag van de astronaut vallen. Maar eigenlijk wordt een astronaut met verpletterende kracht naar beneden getrokken als hij in de buurt komt van Jupiter. Een ruimtereis naar Jupiter door mensen is dus niet mogelijk.
Externe link
Hoe is de zwaartekracht te bepalen?
Elke kracht heeft 3 kenmerken: 1. een richting (welke kant duw ik op) 2. een grootte (hoe hard duw ik) 3. een aangrijpingspunt (waar duw ik tegen)
Eerder heb ik de formule van Newton gegeven. Die rekent de zwaartekracht uit. F= m • a Hierdoor kan je de zwaartekracht bepalen. De zwaartekracht ontstaan wanneer twee voorwerpen aantrekkingskracht hebben. Diegene met de grootste aantrekkingskracht laat de andere voorwerp om heen draaien. (Aarde-zon). Bij voorwerpen is het lastig om te zien hoe je de zwaartekracht ziet. Hier een voorbeeld. Je legt een A4 papier onder een boek. Wanneer je ze zo laat vallen, valt het boek als eerst naar beneden en het A4 papier dwarrelt erachter. Wanneer je een A4 papier boven het boek doet en dan laat vallen, vallen ze beide tegelijk op de grond. Een vel papier is licht en kan de lucht niet zo goed wegduwen. Een boek is iets zwaarder en kan daarom de lucht iets beter wegduwen. Daarom valt een boek sneller. Als je het vel papier op het boek legt, dan duwt het boek de lucht weg voor het papier en kan het papier even snel vallen als het boek.