H9 – Sport en Verkeer: Arbeid, Energie en Vermogen | Samenvatting Natuurkunde (Newton)

Natuurkunde
5 VWO


H9 –Sport en verkeer
Arbeid, energie en vermogen




Newton
1
©SeO

, Inhoudsopgave

9.1 Introductie .......................................................................................................................... 3
Krachten, constante snelheid, chemische energie & rendement ....................................................................................... 3

9.2 Energie en arbeid om te bewegen ....................................................................................... 4
Beweging .............................................................................................................................................................................. 4
Arbeid ................................................................................................................................................................................... 4
Chemische energie ............................................................................................................................................................... 4
Energieverbruik .................................................................................................................................................................... 5
Arbeid berekenen ................................................................................................................................................................. 5

9.3 Energiesoort bij bewegingen .............................................................................................. 6
Kinetische energie ................................................................................................................................................................ 6
Potentiële energie ................................................................................................................................................................. 6
Vrije val ................................................................................................................................................................................. 6
Veerenergie ........................................................................................................................................................................... 6
Opslag en omzetting van energie ........................................................................................................................................ 6

9.4 Behoud van energie ............................................................................................................. 7
Energie gaat niet verloren .................................................................................................................................................... 7
Arbeid en energiebehoud .................................................................................................................................................... 7
Energievergelijking ............................................................................................................................................................... 7

Bijlages ....................................................................................................................................... 8
Symbolen .............................................................................................................................................................................. 8
BiNaS .................................................................................................................................................................................... 8




2
©SeO

, 9.1 Introductie
Krachten, constante snelheid, chemische energie & rendement
Kracht Symbool Formule
Zwaartekracht Fz Fz = m · g
Veerkracht Fv Fv = C · u
Schuifwrijvingskracht Fw,s,max Fw,s,max = f · Fn
Luchtweerstand Fw,l 1
Fw,l = Cw · 𝜌 · A · v2
2
Spankracht Fs n.v.t. (reactiekracht)
Normaalkracht Fn n.v.t. (reactiekracht)

Bij constante snelheid is de voorwaartse kracht (Fvw) even groot als de tegenwerkende kracht, dus is de
resulterende kracht (Fres) nul.

𝑭𝐫𝐞𝐬 = 𝟎 ⟷ 𝐬𝐧𝐞𝐥𝐡𝐞𝐢𝐝 𝐜𝐨𝐧𝐬𝐭𝐚𝐧𝐭 (eerste wet van Newton)

Bij een constante snelheid geldt ook:
𝚺𝑬𝐢𝐧 = 𝚺𝑬𝐮𝐢𝐭

Verbrandingswarmte is de warmte die vrijkomt per liter of kg.
Bij vloeistoffen: J/L of J/m3
Bij vaste stoffen: J/kg

Het rendement geeft aan hoeveel energie nuttig wordt gebruikt:
𝑬𝐧𝐮𝐭𝐭𝐢𝐠
𝜼=
𝑬𝐢𝐧

Rendement
Verbrandingsmotor 30 – 35%
Elektromotor Max. 25%
Spieren 90 – 95%
Dieselmotor +/- 40%




3
©SeO

, 9.2 Energie en arbeid om te bewegen
Beweging
Bewegingsenergie (kinetische energie) is de energie die een voorwerp met een massa heeft, wanneer het
ook een snelheid heeft.

Als een soort energie wordt omgezet in een andere soort energie noem je dat energieomzetting. De
omzetting van bewegingsenergie in warmte door wrijving heet wrijvingsarbeid.

Arbeid
Arbeid is de hoeveelheid energie die door een kracht wordt omgezet bij een beweging.

Kracht naar voren → Positieve arbeid
Kracht naar achteren → Negatieve arbeid

𝑾 = 𝑭∙𝒔
W = Arbeid die een kracht verricht in Joule (J = Nm)
F = Kracht in Newton (N)
s = Verplaatsing van het voorwerp waarop de kracht werkt in meter (m)

Bij een kracht die schuin op de verplaatsing staat geldt:
𝑾 = 𝑭 ∙ 𝒔 ∙ 𝐜𝐨𝐬(𝛂)

Chemische energie
Voor de verbrandingswarmte van chemische energie gelden de volgende formules:

𝑬𝐜𝐡 = 𝒓𝐯 ∙ 𝑽
𝑬𝐜𝐡 = 𝒓𝐦 ∙ 𝒎

Ech = Chemische energie in Joule (J)
rv = Verbrandingswarmte in J/m3
rm = Verbrandingswarmte in J/kg
m = Massa in kilogram (kg)

De capaciteit van een accu wordt meestal opgegeven als energie E (Wh of kWh) of in totale stroom A (mAh
of Ah). De formule hierbij is:

𝑬=𝑷 ∙𝒕
E = Energie in kilowattuur (kWh)
P = Vermogen in kilowatt (kW)
t = Tijd in uur (h)




4
©SeO