Artikel over de natuurkundige grootheden in lineaire beweging
1. Tijdsinterval
Wanneer een object zich verplaatst van de ene plaats naar de andere, heeft het object een bepaalde tijd nodig. Het tijdsymbool hiervoor is t (tijd). De internationale systeemeenheid voor tijd is de seconde (s).
2. Afstand en verplaatsing
Afstand is de lengte van het pad dat een object aflegt. Afstand is een scalaire grootheid, die onafhankelijk is van de richting. Het symbool voor afstand is d en de eenheid in het internationale systeem is de meter (m).
Verplaatsing is een verandering in de positie van een object. Verplaatsing is een vectorgrootheid, dus bestaat uit de grootte en de richting van de verplaatsing. De verplaatsing is afhankelijk van de richting en kan daarom positief of negatief zijn. In Cartesiaanse coördinaten is de verplaatsing positief als de richting van de positieve x-as en de positieve y-as is. Omgekeerd is de verplaatsing negatief als de richting van de negatieve x-as en de negatieve y-as is. De richting van de verplaatsing wordt ook vaak aangegeven als noord, oost, zuid of west. Het symbool voor verplaatsing is d en de eenheid in het internationale systeem is de meter (m).
Voorbeeldopgave 1:
Een leerling beweegt zich 2 meter naar het oosten. Wat zijn de afstand en de grootte van de verplaatsing van de leerling?
a = beginpositie, b = eindpositie.
Afstand (d) = 2 m
De grootte van de verplaatsing (d) = 2 m. Richting van de verplaatsing = oost
Voorbeeldopgave 2:
Een leerling beweegt 2 meter naar het oosten en vervolgens 2 meter naar het westen. Wat is de afstand en de grootte van de verplaatsing van de leerling?
a = beginpositie en eindpositie
Afstand (d) = 2 m + 2 m = 4 m
De grootte van de verplaatsing (d) = 2 m – 2 m = 0. Eindpositie = beginpositie, dus er is geen verplaatsing.
Voorbeeldopgave 3:
Een leerling beweegt 2 meter naar het oosten en vervolgens 1 meter naar het westen. Wat is de afstand en de grootte van de verplaatsing van de leerling?
a = beginpositie, b = eindpositie.
Afstand (d) = 2 m + 1 m = 3 m
De grootte van de verplaatsing (d) = 2 m – 1 m = 1 m. Richting van de verplaatsing = oost
3. Snelheid en voortbeweging
Snelheid is een scalaire grootheid, terwijl snelheid een vectorgrootheid is. Snelheid bestaat uit een grootte en een richting. Het symbool voor snelheid is v en het symbool voor snelheid is v (snelheid). De internationale eenheid voor snelheid en snelheid is meter per seconde (m/s).
a. Gemiddelde snelheid en gemiddelde verplaatsing
Voorbeeldopgave 1:
Een leerling beweegt 2 meter naar het oosten in 1 seconde. Wat zijn de gemiddelde snelheid en de grootte van de gemiddelde snelheid van de leerling?
De richting van de gemiddelde snelheid = richting van de verplaatsing = naar het oosten
Voorbeeldopgave 2:
Een leerling beweegt 2 meter naar het oosten gedurende 1 seconde en vervolgens 1 meter naar het westen gedurende 2 seconden. Wat zijn de gemiddelde snelheid en de grootte van de gemiddelde snelheid van de leerling?
Richting van de gemiddelde snelheid = richting van de verplaatsing = naar het oosten
b. Momentane snelheid en momentane snelheid
Momentane snelheid = een zeer kleine afstand afgelegd in een zeer kort tijdsinterval. De grootte van de momentane snelheid = een zeer kleine verplaatsing afgelegd in een zeer kort tijdsinterval. Als je ooit op een motor of in een auto hebt gereden, heb je vast wel eens een snelheidsmeter gezien. Tijdens het motorrijden verandert de snelheid van de motor en wordt deze weergegeven door de snelheidsmeter.
In de natuurkunde wordt de momentane snelheid vaak afgekort tot snelheid. Evenzo wordt de momentane snelheid vaak afgekort tot snelheid. Merk op dat we de grootte van de snelheid kunnen vervangen door snelheid. Dit komt omdat de grootte van de snelheid gelijk wordt geacht aan de snelheid. De grootte van de snelheid wordt gelijk geacht aan de snelheid omdat de afstand en de grootte van de verplaatsing gelijk zijn als ze erg klein zijn. Hoewel de afstand en de grootte van de verplaatsing niet altijd gelijk zijn (vergelijk met de discussie over afstand en verplaatsing), moeten ze wel dezelfde waarde hebben als de afstand en de grootte van de verplaatsing erg klein zijn.
4. Versnelling
Versnelling is een vectorgrootheid, dus er is een grootte en een richting van de versnelling. Het symbool voor versnelling is a (versnelling). De SI-eenheid van versnelling is meter per seconde kwadraat (m/s² ).
a. Gemiddelde versnelling
Voorbeeldopgave:
Een auto begint vanuit stilstand in oostelijke richting te rijden totdat hij gedurende 5 seconden een snelheid van 10 m/s bereikt. Bereken de grootte van de gemiddelde versnelling!
De gemiddelde versnelling is naar het oosten gericht.
Gemiddeld neemt de snelheid van de auto elke seconde met 2 m/s toe. Als de grootte van de versnelling van de auto constant is, neemt de snelheid van de auto altijd elke seconde met 2 m/s toe. Als de grootte van de versnelling van de auto niet constant is, neemt de snelheid van de auto niet altijd elke seconde met 2 m/s toe. De snelheid van de auto kan bijvoorbeeld in de eerste seconde met 1 m/s toenemen en in de tweede seconde met 3 m/s. Maar gemiddeld genomen neemt de snelheid van de auto gedurende 5 seconden met 2 m/s per seconde toe.
b. Momentane versnelling
Momentane versnelling is een verandering in snelheid gedurende een zeer kort tijdsinterval. Momentane versnelling wordt vaak kortweg versnelling genoemd. Als er dus gesproken wordt over versnelling, wordt er bedoeld met momentane versnelling. Een object ondervindt versnelling als de snelheid verandert. Snelheid is een vectorgrootheid, die zowel de grootte als de richting van de snelheid omvat. Er zijn daarom drie voorwaarden waaronder een bewegend object versnelt. Ten eerste ondervindt een object versnelling als de grootte van de snelheid verandert (de richting van de snelheid blijft constant).
In het eerste voorbeeld staat een auto aanvankelijk stil (v = 0). Een seconde later neemt de snelheid toe tot 5 m/s. De snelheid van de auto neemt toe, dus er is sprake van acceleratie. In het tweede voorbeeld beweegt een auto aanvankelijk met een snelheid van 5 m/s. Een seconde later stopt de auto. De snelheid van de auto neemt af, omdat er sprake is van negatieve acceleratie of vertraging. Ten tweede, een object ondervindt acceleratie als de richting van de snelheid verandert (de grootte van de snelheid blijft constant). Richting van de snelheid = richting van de verplaatsing = bewegingsrichting. Ten derde, een object ondervindt acceleratie als zowel de grootte als de richting van de snelheid veranderen.
