KRACHT
De meest elementaire krachten die we kennen,
zijn de natuurkrachten: licht (warmte), wind en water. Natuurkrachten kunnen
we goed gebruiken om voor mensen nuttig werk te verrichten. Sommige krachten
moeten we temmen, omdat ze onze huizen en land verwoesten. Ook spierkracht van
mensen en dieren zijn natuurkrachten. Om deze spierkracht uit te breiden en te
vergroten, maakten mensen gereedschappen, als verlengstuk voor hun spieren.
Op een voorwerp oefenen altijd meerdere krachten invloed uit. Als één kracht
sterker is dan de andere, ontstaat beweging (of stilstand). Een kracht zet dus
iets in beweging, remt iets af of houdt iets op zijn plaats. Een
krachtoverbrenging kan een kracht vergroten, verkleinen, van richting
veranderen, een beweging versnellen, vertragen.
Om hun spierkracht te vergroten maakten mensen allerlei verlengstukken. Zo
ontstonden katrollen, tandwielen, lieren, hefbomen. Met al deze gereedschappen
kon met geringe spierkracht weer meer en zwaarder werk worden verzet.
Natuurlijk kan niet alles door natuur- en spierkracht in beweging gezet
worden. Voor héle zware arbeid is dan ook extra energie nodig. Zo ontstonden
de grote krachtsconstructies.
NATUURKRACHTEN
De meest elementaire krachten die we kennen,
zijn de NATUURKRACHTEN: licht (warmte), wind en water. Al deze krachten zijn
uiteindelijk (weer) afkomstig van de zon, de voornaamste en belangrijkste
energieleverancier van de aarde. De zon verlicht en verwarmt de aarde (licht
en warmte), de aarde draait om de zon en haar as (zwaartekracht, opwaartse
kracht); daardoor ontstaat er beweging in de atmosfeer (wind; luchtdruk) en
valt er neerslag op aarde (water).
[terug]
- WINDKRACHT: de wind die we voelen als we
lopen of fietsen, die we kunnen zien door bewegende bomen, struiken en
vlaggen, wegwaaien van bladeren en allerlei materiaal; harde wind die bomen
omver blaast, huizen beschadigt enz., tot orkaankracht. Natuurbeelden,
zonder menskracht of toepassingen van windkracht. Voor schaal van Beaufort
zie: http://www.knmi.nl
[terug]
- WATERKRACHT: stromend water in een rivier,
golven van de zee, smeltend gletsjerwater, watervallen in de bergen, water
dat allerlei zaken meevoert. De kracht van water en wind samen: storm,
wegslaan van duinen en dijken.
[terug]
- LICHT EN WARMTE: droge gebieden met veel
zonneschijn (tropen, Sahara), water dat verdampt, waar de aarde niet of
nauwelijks verwarmd wordt, koelt het af (poolkappen met sneeuw en ijs, koude
gebieden als Siberië en Alaska enz.).
[terug]
- LUCHTDRUK: de kracht van lucht (de atmosfeer
die om de aarde ligt, ‘drukt’ op de aarde).
[terug]
- ZWAARTEKRACHT
(aantrekkingskracht). De kracht
waarmee iets of iemand door de aarde wordt aangetrokken heet zwaartekracht.
Door de zwaartekracht valt alles of iedereen die opgetild wordt en
losgelaten. Hoe groter het gewicht van iets of iemand, des de groter de
zwaartekracht die er op werkt. Zwaartekracht werkt overal op aarde.
[terug]
- OPWAARTSE
KRACHT. In het water werkt nog een
andere kracht: opwaartse kracht. Iets of iemand weegt daarom onder water
altijd minder dan boven water. Of iets of iemand blijft drijven of zinkt,
hangt af van de grootte van zwaartekracht en opwaartse kracht. Als de
zwaartekracht groter is dan de opwaartse kracht: zinken. Als zwaartekracht
minder is dan opwaartse kracht: drijven. Als beide krachten gelijk zijn:
zweven.
[terug]
- MAGNETISCHE
KRACHT. Een magneet heeft twee
polen: Noord- en Zuidpool. Een magneet trekt voorwerpen aan waarin ijzer
zit. Hoe verder van de magneet, hoe minder sterk de aantrekkingskracht. Aan
de polen is de aantrekkingskracht het grootst, daartussenin het kleinst.
Twee magneten bij elkaar: gelijke polen stoten elkaar af, verschillende
polen trekken elkaar aan. Voorbeelden: kompas(naald) en Geomag-staafjes
(technisch speelgoed).
[terug]
SPIERKRACHT VAN MENS EN DIER
SPIERKRACHT
van mens en dier is in zekere zin
ook ‘natuurkracht’. Door hun spieren kunnen mensen en dieren ‘werk
verzetten’, ‘arbeid verrichten’. Mensen: een voetbal wegschieten,
gymnastische oefeningen doen aan de rekstok, een ladder wegsjouwen, een kar
vooruit duwen, een koffer voort trekken, een muurtje metselen, een zware kist
optillen, een huis bouwen, maar ook: op het land werken, zwemmen, lopen,
zitten enz.
Ook dieren kunnen hun spierkracht gebruiken om
‘werk te verzetten’: een mier die een stukje brood mee naar zijn nest
sleurt, vogels met takken in hun bek om een nest te bouwen, mollen die hun
gangen graven, apen die in de bomen slingeren, een leeuw die een kadaver of
prooidier wegsleurt enz.
[terug]
Waar komt die spierkracht van mens en dier
vandaan? Alles wat het menselijk/dierlijk lichaam doet (spierkracht), kost
energie. Daarvoor heeft het lichaam brandstof nodig. De verbranding in het
lichaam is een ingewikkeld proces. Door de verbranding komt energie vrij:
warmte en beweging (spierkracht). Behalve brandstof heeft het lichaam ook
bouwstoffen en water nodig. Bouw- en brandstoffen zitten in het voedsel en
worden daar door het spijsverteringsstelsel uit gehaald. De verbranding vindt
plaats in de cel: het kleinste onderdeel van het menselijk lichaam. De stoffen
die niet bruikbaar meer zijn, worden afgevoerd als urine en ontlasting. Voor
verbranding is zuurstof nodig. Zonder zuurstof kan het lichaam niet
functioneren. Voor zuurstof wordt gezorgd door het ademhalingsstelsel. De
longen halen deze zuurstof uit de ingeademde lucht. Zuurstof, bouw- en
brandstoffen moeten door het lichaam naar de cellen in het lichaam worden
vervoerd: daarvoor hebben we de bloedsomloop met het hart als de centrale
pomp. Zuurstof, bouw- en brandstoffen zijn belangrijke ingrediënten voor de
opbouw en het goed functioneren van de spieren.
[terug]
In de loop der tijd ontdekten mensen (en
dieren), dat ze de kracht van de natuur op allerlei manieren heel goed konden
gebruiken:
- Wind: zeilen (en daardoor verre reizen
maken), windmolens bouwen, vliegers maken, windmolentje laten draaien,
ballonvaart (ballon drijft met windrichting mee), windsurfen op het strand,
parachute springen, windorgel bouwen, zweven van vogels enz.
- Water: met de stroom meedrijven en daardoor
grote afstanden afleggen (bv. bomen in Scandinavische wateren, ‘trek’
van vissen met golfstroom mee), watermolens, watertoren (zorgt voor
voldoende druk op het water, zodat het overal heen kan gedistribueerd
worden), stuwdam voor elektriciteitscentrale, voort surfen in de branding
van de golven, waterorgel in de Efteling, waterklok
- Warmte/licht: leven en wonen in warme
gebieden, drogen van huiden en kleren, drogen van groenten en fruit,
opstijgende lucht boven kaars die draaiplateautje in beweging brengt,
planten die groeien, zonnecollectortje die propellertje laat draaien of
tuinlamp die gaat branden op zonne-energie, gaskooktoestel dat pan water aan
de kook brengt enz.
- Kou: gekoeld bewaren van eten in koelkast,
invriezen van voedsel, warme kleding maken tegen de kou, centrale verwarming
stoken om huizen te verwarmen enz.
- Luchtdruk: denk aan de natuurkundeproeven
zoals de Maagdenburger halve bollen, kolom water/vloeistof die door
luchtdruk stijgt of daalt (thermometer), proef met ei in fles, lucht uit
blik pompen (blik schrompelt ineen), lege fiets- of autoband oppompen en
gewicht laten dragen, autobinnenband met kind erin die drijft op het water,
rafting met rubberboot, ballon die omhoog stijgt enz.
- Zwaartekracht: putboom (emmer aan putboom met
aan achterkant steen: emmer vol, gemakkelijk te verplaatsen), weegschaal met
twee schalen, met veren onder schoenen omhoog springen enz.
- Magnetische kracht: goede voorbeelden zijn
het kompas en de Geomagstaafjes.
- Opwaartse kracht: voorwerp dat in het water
blijft drijven of zinkt.
Om hun spieren nog beter te kunnen gebruiken,
gingen mensen als ‘verlengstuk’ daarvan gereedschap maken: hamer, schop,
bijl, zaag, pijl en boog, sleutel, lepels/vorken/messen enz. Met deze
gereedschappen konden zij weer verdere bewerkingen uitvoeren, zoals: het maken
van een kar, het bouwen van een huis, bomen omhakken en in stukken zagen,
jagen en eten bereiden enz. Bovendien gingen mensen de spierkracht van dieren
nuttig gebruiken, bijvoorbeeld: olifanten die bomen uit de jungle wegslepen,
paarden en -ossen die wagens trekken, ezels en kamelen die vrachtjes
vervoeren, honden en geiten voor een kar of slee enz.
[terug]
KRACHTOVERBRENGING
Op een voorwerp oefenen altijd meerdere
krachten invloed uit. Als één kracht sterker is dan de andere, ontstaat
beweging (of stilstand). Een kracht zet dus iets in beweging, remt iets af of
houdt iets op zijn plaats. Een KRACHTOVERBRENGING
kan een kracht vergroten,
verkleinen, van richting veranderen, een beweging versnellen, vertragen.
Concreet betekent dat:
- de aarde trekt allerlei voorwerpen aan
(zwaartekracht). Iets optillen betekent: met spierkracht meer kracht
uitoefenen dan de aarde. Als de aarde harder trekt, kun je het voorwerp niet
optillen. Een halter van 50 kilo kun je nog optillen, 100 kilo niet meer.
- de opwaartse kracht van water is sterker dan
de zwaartekracht: als de zwaartekracht sterker wordt, zinkt iets. Een steen in
het water zinkt, een zwemband blijft drijven.
- zeilen: de wind blaast een zeilwagen over het
strand. De kracht van de wind is sterker dan de zwaartekracht en de
luchtweerstand. Gevolg: de zeilwagen komt in beweging. Maar een zware auto op
het strand blijft gewoon staan!
Om een beweging van het ene onderdeel (in een
apparaat) over te brengen naar een ander onderdeel zijn in de techniek
dikwijls constructies (overbrengingen) nodig. Behalve hamers, schoppen, zagen,
pijlen en bogen enz. gingen mensen nog meer verlengstukken maken om hun
spierkracht te vergroten en nóg zwaardere arbeid te kunnen verzetten. Zo
ontstonden katrollen, tandwielen, lieren, hefbomen, kettingen. Met al deze
gereedschappen kon met geringe spierkracht weer meer en zwaarder werk worden
verzet: lasten vervoeren op een kar (duwen en trekken), iets omhoog sleuren
(stenen voor piramides of grote Romeinse/Griekse bouwwerken).
[terug]
Een TANDWIEL is een getand onderdeel van
een machine in de vorm van een wiel of cilinder dat in combinatie met andere
getande onderdelen gebruikt kan worden om beweging over te brengen of van
snelheid of richting te veranderen (technisch: brengt "koppel"
over). Een tandwiel is een van de oudste middelen om beweging over te brengen.
Wanneer de tanden van twee tandwielen worden gekoppeld, zal het draaien van
één tandwiel het andere dwingen om te gaan draaien. Door twee tandwielen van
verschillende doorsneden in te schakelen, kan een groter koppel worden
verkregen bij een lagere omwentelingssnelheid, of omgekeerd. Voorbeelden:
wekker, klok, met tandwielen en veer).
[terug]
Een HEFBOOM is een mechanisme waarmee
een kleine kracht in combinatie met een grote beweging wordt omgezet in een
kleine beweging die een grote last verplaatst, waarvoor een grote kracht nodig
is. De kleine kracht grijpt aan op het uiteinde van de lange arm van de
hefboom. De verrichte arbeid is het product van de uitgeoefende kracht en de
verplaatsing. De last bevindt zich aan het korte uiteinde van de korte arm van
de hefboom, en ondergaat een kleinere verplaatsing dan de uitgeoefende kracht.
De last kan daarmee (veel) groter zijn dan de uitgeoefende kracht.
Natuurkundige formule: La x L = Ma x M (La=lastarm; L=last; Ma=machtarm;
M=macht). Praktische toepassingen: notenkraker, schaar, wip, nijptang,
moersleutel, breekijzer, koevoet, kruiwagen, ophaalbrug.
[terug]
Een KATROL is een werktuig om een last
met een beperkte kracht te verplaatsen. Eigenlijk is een katrol een soort
hefboom waarmee je een last kunt heffen. In de Middeleeuwen werden bij oorlogen vaak
katrollen gebruikt. Bijvoorbeeld om een kruisboog of katapult te spannen.
Katrollen worden nog steeds gebruikt. Verhuizers gebruiken soms katrollen om
zware objecten naar boven te tillen. Hijskranen hebben bovenin een aantal
vaste katrollen en onderin een takelblok met losse katrollen en een haak
waaraan de last komt te hangen. In garages beschikken ze over katrollen om de
motor uit een auto te kunnen tillen. Vaak worden kettingen gebruikt in plaats
van touw. Zeilschepen gebruiken katrollen om de zware zeilen snel omhoog te
krijgen of om een zeil te kunnen verplaatsen tegen de grote kracht van de wind
in.
[terug]
Natuurlijk kan niet alles door natuur- en
spierkracht in beweging gezet of overgebracht worden. Voor héél zwaar werk
is dan ook extra toevoeging/energie nodig. Energie die wordt omgezet in
kracht/beweging. Bijvoorbeeld: een elektromotor die een kraan aandrijft, een
(benzine)motor die een auto in beweging zet of een vliegtuig laat vliegen, een
scheepsschroef die een schip laat varen. De motor maakt het mogelijk meer
kracht uit te oefenen, dus meer arbeid te verrichten, dus grotere andere
krachten te overwinnen. Zo ontstonden door het inschakelen van extra
toevoeging/energie nog meer mogelijkheden om door uitoefening van kracht
andere krachten te overwinnen (in beweging te krijgen, af te remmen of te
stoppen): (zware) arbeid te verrichten.
In een BENZINEMOTOR wordt een
mengsel van brandstof en lucht vanuit de brandstoftank naar de
verbrandingskamer gebracht en komt daar tot ontploffing. De druk van de gassen
duwt een zuiger naar beneden, waardoor de krukas gaat draaien en de auto kan
gaan rijden. In een viertaktmotor gaat dat in vier slagen. Bij de inlaatslag
(1) gaat de zuiger naar beneden van het bovenste naar het onderste dode punt
en zuigt via één, twee, of soms zelfs drie, geopende schotelvormige
inlaatklep(pen), die bediend worden door een nokkenas, lucht of een
lucht-benzinemengsel aan. Bij de compressieslag (2) beweegt de zuiger naar
boven en bij gesloten kleppen wordt de lucht of het mengsel samengeperst; even
voor het bovenste dode punt wordt brandstof ingespoten en verstoven en
ontvlamt daarop spontaan, resp. wordt het benzinemengsel door een elektrische
vonk ontstoken. De derde slag (3) is de arbeids- of werkslag: het ontbrande
mengsel zet uit en drukt de zuiger omlaag. Tenslotte volgt de uitlaatslag (4):
de verbrande gassen worden door de nu weer opgaande beweging van de zuiger uit
de cilinder verdreven via de inmiddels geopende uitlaatklep(pen).
[terug]
Een HIJSKRAAN is een meestal metalen
toren, uitgevoerd met kabels en katrollen. Een hijskraan wordt gebruikt om
dingen omhoog te hijsen, omlaag te laten zakken of om te verplaatsen.
Toepassing vooral in de bouw- en sloopsector, maar ook in de transportsector
voor los- en laadklussen. Dikwijls zijn hijskranen tijdelijke constructies,
hetzij aan de grond bevestigd, hetzij op een verrijdbare constructie, zoals op
een vrachtauto.
Op grote bouwterreinen staat meestal een torenkraan. Die torent boven alles
uit en kan tientallen meters hoog zijn. De indrukwekkende giek heeft een
reikwijdte van tientallen meters. Bouwvakkers gebruiken een torenkraan om
zware materialen, zoals staal en beton, en machines naar boven te hijsen.
Sommige torenkranen kunnen wel meer dan veertig ton heffen. En toch vallen
torenkranen niet om. Dat komt omdat torenkranen stevig vastgeklonken worden
aan een grote en zware betonnen vloerplaat. Die vloerplaat wordt enige tijd
voor de kraan wordt opgebouwd meegenomen in de fundering van het gebouw en kan
wel meer dan honderdtachtig ton wegen. Wat als aan de kraan een zwaar voorwerp
hangt? Dan hangt men aan de andere kant van de kraan een zwaar verplaatsbaar
gewicht. De kraan is dan eigenlijk een grote hefboom. Door het gewicht op de
juiste plaats te zetten, blijft de hefboom in evenwicht en valt de kraan niet
om. Kranen zijn er in vele soorten en maten: hijskranen, torenkranen,
autokranen, verrijdbare kranen, telescoopkranen, autolaadkranen.
[terug]
Een brugconstructie maakt het mogelijk om de
zwaartekracht te weerstaan: als de constructie niet deugt, breekt deze en valt
de auto die eroverheen rijdt in het ravijn/water. Een BRUG is een
verbinding over een rivier of een ander water, een oeververbinding, maar kan
ook een verbinding zijn over een kloof. Een brug wordt, als deze over een
andere weg of spoorlijn heenloopt, ook wel een viaduct genoemd. Een aquaduct
is een brug waarover geen verkeer gaat, maar waarin water stroomt. Op veel
plaatsen waar verkeer over water heen moet is het niet mogelijk de brug zo
hoog te maken dat al het waterverkeer onder de brug door kan. Vandaar dat er
beweegbare bruggen zijn ontwikkeld.
[terug]
METEN VAN KRACHT
De PAARDENKRACHT
(afgekort als PK) was het
arbeidsvermogen dat een gemiddeld paard langdurig kon leveren, bijvoorbeeld
voor het aandrijven van een rosmolen (er staat er nog een in Zeddam).
Paardenkracht werd later gedefinieerd als het vermogen dat nodig is om een
last van 75 kilogram stapvoets te hijsen (dat wil zeggen met een snelheid van
1 meter per seconde, oftewel 3,6 kilometer per uur). Later werd het vermogen
van stoommachines en van motoren in pk's uitgedrukt. Tegenwoordig is PK
vervangen door een andere eenheid kW (kilowatt). Voor het meten van trek- en
duwkracht is speciale apparatuur nodig: een "vermogensbank".
Voorbeeld, voor het meten van het vermogen van een automotor: de
acceleratiebank. De auto wordt opgespannen met de aangedreven wielen op de
rol. De man achter de knoppen schakelt op naar een hogere versnelling (4e of
5e). Eerst wordt de toerenteller gekalibreerd door bij bijvoorbeeld 2000 RPM
op de teller de snelheid van de rol te meten. Tenslotte wordt vanaf lage
toeren vol gas tot de toerenbegrenzer gegeven. De rol heeft een bepaalde massa
traagheid. De snelheid waarmee de rol op gang wordt gebracht is een maat voor
het koppel en dus het vermogen.
[terug]
Met een WINDMETER
we de kracht van de
wind meten. De ene dag waait het harder dan de andere dag. Soms is het
helemaal windstil, soms waait het zo hard dat je je bijna niet staande kunt
houden. In het voor- en najaar worden we vaak met stormen geconfronteerd. Dat
het waait, heeft alles te maken met het stromen van de lucht: lucht stroomt
altijd van een plaats met veel lucht (hoge druk) naar een plaats met weinig
lucht (lage druk) stroomt: dat veroorzaakt wind.
Tweehonderd jaar geleden heeft Beaufort standaarden geformuleerd om de kracht
van de wind te meten (de schaal van Beaufort).
| 1-2 |
windstil (weinig wind, rook gaat recht
omhoog); zwakke wind (je voelt de wind op je gezicht, de bladeren van de bomen
ritselen) |
| 3-4 |
matige wind (bladeren en dunne takken
bewegen, de vlag gaat wapperen, papiersnippers waaien op) |
| 5 |
vrij krachtige wind (kleine bomen beginnen te
bewegen; kopjes op golven) |
| 6 |
krachtige wind (dikke takken bewegen, de
golven worden groter) |
| 7 |
harde wind (bomen bewegen, het wordt moeilijk
tegen de wind in te lopen) |
| 8 |
stormachtige wind (takken
breken af, schuim waait op van de koppen van de golven) |
| 9 |
storm (schoorstenen en dakpannen vallen
omlaag) |
| 10 |
zware storm (bomen worden ontworteld,
aanzienlijke schade) |
| 11 |
zeer zware storm (alleen nog schuim te zien
op zee, zware materiële schade, zelden in het binnenland) |
| 12 |
orkaan (verwoestingen op land; alleen in de
tropen)
|
[terug]
Om de
LUCHTDRUK te meten kun je gebruik maken
van een BAROMETER. Er zijn twee soorten:
- vloeistofbarometer: deze barometer bestaat
uit een U-vormige buis, waarvan een einde gesloten is. Het gesloten einde
wordt niet beïnvloed door de luchtdruk, terwijl het andere einde wel
beïnvloed wordt. Omdat de vloeistof in de buis op gelijke hoogte zou moeten
staan als de druk bij beide einden hetzelfde is, kan de luchtdruk zo gemeten
worden. Vaak wordt er in een vloeistofbarometer gebruik gemaakt van kwik,
omdat de dichtheid van kwik erg hoog is. Hierdoor zorgt kwik ervoor dat
barometers erg klein kunnen zijn. Als er in plaats van kwik water in
barometers werd gebruikt, zou een barometer tien keer zo groot moeten zijn.
- metaalbarometer: deze bestaat uit een metalen
doosje. Als de luchtdruk stijgt, wordt de bovenkant van het doosje naar
beneden gedrukt. In het doosje zit een veer die de bovenkant van het doosje
op dezelfde plek houdt. De krachten die op de veer werken kunnen gemeten
worden. Metaalbarometers worden minder beïnvloed door de temperatuur dan
vloeistofbarometers. Metaalbarometers kunnen aan een digitale meter
verbonden worden zodat ze makkelijker af te lezen zijn.
[terug]
Om de
WATERDRUK te meten, bijvoorbeeld in een centrale verwarmings-installatie, kun je gebruik maken van een
WATERDRUKMETER. Deze meter geeft
aan of de waterdruk te laag of te hoog is. Als deze te laag is, functioneert
de CV niet. Is de druk te hoog., dan wordt overtollig water afgevoerd naar
expansievat. Op een meter kun je zien of de druk goed is of niet (aantal bar).
[terug]
Om de
ZWAARTEKRACHT te meten kun je een WEEGSCHAAL gebruiken. Een weegschaal is een meetinstrument waarmee het gewicht
(massa) van een voorwerp kan worden bepaald. Door een voorwerp met een
bepaalde massa op het apparaat te leggen, zal een veer worden ingedrukt. Hoe
ver de veer wordt ingedrukt is een maat voor de kracht die het voorwerp op de
veer uitoefent, en dus voor het gewicht.
[terug]
Terug naar
overzicht
