Eerste wet van Newton

Één van de grootste en belangrijkste wetenschappers is Isaac Newton. Zijn bekendste werk is Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, een boek uit 1687 van meer dan 1000 pagina's dik waarin hij zijn ontdekkingen beschrijft over bewegingen en krachten. Hierin staan, onder andere, de beroemde 1ᵉ, 2ᵉ en 3ᵉ wet van Newton die de basis zijn voor de klassieke mechanica. De 1ᵉ wet van Newton zegt dat de snelheid van een voorwerp niet verandert wanneer de resulterende kracht (de som van alle krachten) op een voorwerp nul is. Dat betekent dat als het voorwerp in rust is en blijft of als het voorwerp beweegt met een constante snelheid alle krachten op dat voorwerp elkaar opheffen.

Snelheidsverandering

Een kracht kan er ook voor zorgen dat een voorwerp in beweging gebracht wordt of, als het voorwerp al beweegt, dat de snelheid van het voorwerp verandert. Stel, je geeft een flinke duw tegen een stilstaand wagentje. Je oefent dan een kracht uit op het wagentje en het wagentje gaat rijden. Zijn snelheid verandert dus als gevolg van de kracht die jij op het wagentje hebt uitgeoefend. Als je het wagentje loslaat zal hij steeds langzamer gaan: het wagentje wordt afgeremd. Dit is het gevolg van de wrijvingskracht. Een kracht kan dus zorgen voor een versnelling (de snelheid van het voorwerp wordt groter) of vertraging (de snelheid van het voorwerp wordt kleiner). In veel gevallen werken er meerdere krachten op het voorwerp, dan zorgt de resulterende kracht (totale kracht) voor een versnelling of vertraging.

De zwaartekracht zorgt voor een versnelling van het achtbaantreintje.

Krachten en snelheid

In de volgende simulatie zie je hoe beweging en kracht met elkaar te maken hebben. Wanneer er door het mannetje een kracht op de kist wordt uitgeoefend komt hij in beweging, hij versnelt. Zolang het mannetje tegen de kist blijft duwen wordt de snelheid steeds groter. Als het mannetje de kist loslaat en dus stopt met duwen blijft de kist met dezelfde snelheid vooruit rollen. Blijkbaar heb je helemaal geen kracht nodig om een voorwerp met constante snelheid te laten bewegen! Dat volgt uit de 1ᵉ wet van Newton: als de totale kracht op een voorwerp nul is, beweegt het voorwerp met constante snelheid. Om vervolgens de kist-op- wieltjes weer tot stilstand te brengen moet het mannetje een tegenwerkende kracht uitoefenen. Die kracht zorgt dan voor vertraging van het voorwerp.

[Hier komt een .gif van de simulatie, zonder wrijving en met wrijving.]

Met wrijving

Vrijwel altijd er ook een wrijvingskracht tussen de vloer en het voorwerp dat beweging tegenwerkt. Om het voorwerp nu met constante snelheid te laten bewegen moet de kracht vooruit even groot zijn als de wrijvingskracht van de vloer. Op dat moment heffen de kracht vooruit en de wrijvingskracht elkaar op dus de totale kracht op het voorwerp is nul. Dat betekent volgens de 1ᵉ wet van Newton dat de snelheid van het voorwerp niet verandert!

De fietster van de afbeelding hieronder is een ander voorbeeld. Er werken verschillende tegenwerkende krachten op de fietser: luchtwrijving en rolwrijving. Om met constante snelheid te fietsen moet ze een voortstuwende kracht (de trapkracht) leveren die net zo groot is als de tegenwerkende krachten samen. In dat geval heffen alle krachten elkaar op en is de som van alle krachten nul.

Om met constante snelheid te fietsen moeten alle krachten elkaar opheffen.

In rust

Wanneer een voorwerp in rust is en blijft is zijn snelheid ook constant (namelijk nul). Ook dan geldt dus de 1ᵉ wet van Newton en heffen de krachten elkaar op. In elk voorbeeld hieronder geldt dat het voorwerp in rust is en de getekende krachten even groot zijn.

Gevolgen van krachten

Een kracht zelf kun je niet zien, het effect van krachten kun je dus wél waarnemen. Wanneer je ziet dat een voorwerp van snelheid verandert weet je dat er een (resulterende) kracht op werkt. Een verandering van snelheid is dan ook één van de mogelijke gevolgen van een kracht. Een ander mogelijk gevolg van een kracht is vervorming: het voorwerp verandert dan van vorm. Er zijn twee soorten vervorming: plastische vervorming en elastische vervorming. Bij plastische vervorming is de verandering van vorm blijvend: het voorwerp gaat niet meer terug naar zijn oorspronkelijke vorm. Als het voorwerp stuk gaat of niet meer dezelfde vorm heeft na het uitoefenen van de kracht is de vervorming plastisch. Er zijn echter ook voorwerpen die na het uitoefenen van een kracht weer terug gaan naar hun oorspronkelijke vorm, denk bijvoorbeeld aan een postelastiek of het veertje in je balpen. Als je een veer een stukje indrukt is er sprake van elastische vervorming: als je hem loslaat komt de veer namelijk terug in zijn oorspronkelijke toestand.

Bronvermelding afbeeldingen