Samenvatting Newton Hoofdstuk 9 Sport en verkeer 5VWO

Hoofdstuk 9 Sport en verkeer
§2 Energie voor bewegen
Energie en wrijving bij beweging
Om een beweging in stand te houden is alleen energie nodig als er wrijving is, want dan wordt
energie van de beweging omgezet in warmte. Dit voel je als je in je handen wrijft, waarbij de
wrijvingskracht arbeid verricht. De omzetting van bewegingsenergie in warmte door wrijving
heet wrijvingsarbeid.
Energie in het verkeer
Als een auto met een constante snelheid op een vlakke weg rijdt is er een krachtenevenwicht; de
nettokracht is nul. De hoeveelheid energie die de motor omzet in bewegingsenergie is even groot
als de bewegingsenergie die door wrijving wordt omgezet in warmte in dit geval. De omzetting
van bewegingsenergie heet de arbeid van de voorwaartse kracht. De arbeid is evenredig met de
totale tegenwerkende wrijvingskracht en met de afstand die wordt afgelegd.
Rendement
Als de snelheid constant is moet chemische energie omgezet worden in bewegingsenergie om het
verlies van bewegingsenergie door wrijving te compenseren. De warmte die ontstaat is geen
nuttige energie omdat de warmte niet meer omgezet kan worden in bewegingsenergie. De
bewegingsenergie is de nuttige energie die geleverd wordt door je spieren of de motor. De
verhouding van die nuttige energie en de totale omgezette chemische energie is het rendement.
Zuiniger rijden
Ontwerpers kunnen op twee manieren auto’s zuiniger maken: zorgen dat de tegenwerkende
krachten kleiner worden of een efficiëntere motor ontwikkelen.
Arbeid
Arbeid is de hoeveelheid energie die door een kracht wordt omgezet bij bewegen. Een kracht
verricht alleen arbeid als er beweging is en het voorwerp waarop de kracht werkt verplaatst
wordt.
 W = F · s W: arbeid in J F: kracht in N s: verplaatsing in m 1 Nm = 1 J
Een kracht verricht alleen arbeid als de kracht werkt in of tegengesteld aan de richting van de
verplaatsing. Op een schaatser en een parachutespringen werkt zwaartekracht, maar bij een
schaatser verricht de zwaartekracht geen arbeid. Als arbeid energie aan een voorwerp onttrekt
heeft de arbeid een negatieve waarde; de richting van de kracht en verplaatsing zijn dan
tegengesteld. Bij een kracht die schuin op de beweging staat gebruik je de component van de
kracht in de richting van de beweging: F · cosα, waarbij α de hoek tussen de kracht en de
bewegingsrichting is: W = F · s · cosα.
Arbeid en wrijvingskracht
Alle bewegingsenergie die de motor aan het voertuig heeft toegevoerd door arbeid te verrichten
is uiteindelijk door wrijvingskrachten omgezet in warmte. Maar dit geldt alleen als je op een
vlakke weg hebt gereden.
 Win + Wuit = 0 Win: arbeid van de motor in J Wuit: negatieve arbeid van de wrijvingskrachten
in J
Verbrandingswarmte
Bij het verbranden van een brandstof wordt chemische energie omgezet in warmte. De
hoeveelheid energie die per kg of L brandstof wordt omgezet heet de verbrandingswarmte.
Voor de totale chemische energie die opgeslagen is in een brandstof gelden twee formules;
 Ech = rv · V Ech: chemische energie in J rv: verbrandingswarmte in J/m3 V: volume van de
3
brandstof in m
 Ech = rm · m rm: verbrandingswarmte in J/kg m: massa van de brandstof in kg
Brandstofverbruik
Het brandstofverbruik hangt af van de grootte van de totale tegenwerkende kracht, de
verbrandingswarmte van de brandstof en het rendement van de motor. Je hebt hiervoor drie
formules nodig;
 W = Fv · s W: arbeid die de motor verricht in J F v: voortstuwende kracht van de auto in N
s: afgelegde afstand in m
 Enuttig = n · Ein Enuttig: nuttige energie die de motor levert (arbeid) in J n: rendement E in:
energie die in de motor omgezet wordt in J
 Ein = Ech = rv · V rv: verbrandingswarmte in J/m3 V: volume van de brandstof in m3
De tegenwerkende kracht is evenredig met het brandstofverbruik.