[natuurkunde] wrijvingskracht

Kimsy

Hallo,

Op een toets kreeg ik ooit een vraag over een vallende steen. De vraag was of de wrijvingskracht groter kan zijn dan de zwaartekracht en wat er dan met de steen zou gebeuren?

Intuïtief zou ik denken dat dit niet kan, maar is hier ook een puur wetenschappelijke verklaring voor? Of zit ik fout?

Bedankt

Jan van de Velde

Ja, dat kan. Maar nou even opletten......

Natuurkundeboekjes leren je bijvoorbeeld wel dat als je duwt tegen een auto die op de handrem staat, dat dan die auto niet van zijn plaats komt omdat de wrijvingskracht net zo groot is als je duwkracht, en de auto dus een nettokracht van 0 N ondervindt. Ook al ga je met zijn tweeën duwen, die wrijvingskracht wordt dan net zoveel groter. De nettokracht is dan nog steeds 0, de auto gaat nog steeds niet bewegen.

Maar met je vallende steen is er iets bijzonders aan de hand: als je die van 10 km hoogte laat vallen gaat die versnellen onder invloed van de zwaartekracht. Er gaat dan ook een wrijvingskracht op de steen werken, en die is afhankelijk van het kwadraat van de snelheid. Er komt dus een moment dat de steen zó snel valt dat de wrijvingskracht even groot wordt als de zwaartekracht. Vanaf dat moment neemt de snelheid van de steen niet meer toe, zwaartekracht en wrijvingskracht zijn gelijk, nettokracht dus 0 N, de snelheid van de steen blijft wat ze is. Dat heet dan de zogenaamde eindsnelheid. Voor de hopeloze parachutist wiens parachute weigert is die ongeveer 200 km/h.

Alleen, die wrijvingskracht is niet alléén afhankelijk van de snelheid:

Fw = ½·ρ·Cw·A·v²

Er zit nóg een variabele in die formule, ρ, de dichtheid van (hier) de lucht. Naarmate je steen het aardoppervlak nadert wordt die lucht almaar dichter, en dus ook de wrijvingskracht bij een bepaalde snelheid groter. Dichter naar het aardoppervlak zien we de snelheid van de steen dan ook minderen. De steen vertraagt. De nettokracht is dus NIET meer gelijk aan 0. Aangezien de zwaartekracht over die 10 km niet noemenswaard varieert, móet dat betekenen dat onderweg de wrijvingskracht steeds een beetje groter dan die zwaartekracht is (vanaf het moment dat ergens op 9,5 km hoogte of zo de maximale snelheid na het begin van de val werd bereikt)

Natuurkundeboekjes houden niet altijd rekening met onderweg veranderende omstandigheden. Zou onze atmosfeer overal een even grote dichtheid kennen, dan zou de wrijvingskracht inderdaad nooit groter worden dan de zwaartekracht.

Sjakko

Dat kan alleen als de steen kunstmatig boven de terminale snelheid wordt gebracht. Als je zelf eerst even de tweede wet van Newton googlet en probeert te begrijpen, dan snap je daarna misschien ook de volgende uitleg:

Zolang de snelheid van de steen kleiner is dan de terminale snelheid, is de zwaartekracht groter dan de wrijvingskracht en zal de steen versnellen en uiteindelijk op terminale snelheid uitkomen en blijven. Als de snelheid van de steen gelijk is aan de terminale snelheid, dan zijn zwaartekracht en wrijvingskracht even groot en zal de steen met deze constante snelheid blijven vallen. Als de snelheid van de steen groter is dan de terminale snelheid, dan is de wrijvingskracht groter dan de zwaartekracht en dan zal de steen vertragen en op de lange duur op de terminale snelheid uitkomen en blijven vallen.

Kimsy

Welja, de tweede wet van Newton had ik zelf al opgeschreven en ik kwam op iets gelijkaardigs uit. Maar bij de vraag was echter niet opgegeven of de steen een beginsnelheid had of een vrije val onderging. Vandaar dat ik de vraag niet geheel duidelijk vond.

In het geval een grote beginsnelheid aan de steen gegeven wordt (groter dan de terminale snelheid), is het dus mogelijk, zoals jij zegt. Het was echter het geval van vrije val dat ik niet begreep.

Bedankt voor de uitleg.

Jan van de Velde

Het was echter het geval van vrije val dat ik niet begreep.

Hou even in de gaten dat een val met wrijving in natuurkundige termen geen vrije val is. Bij een "vrije" val in een echte atmosfeer dus wél een wrijvingskracht groter dan de zwaartekracht hè.

Je steen heeft eigenlijk steeds een snelheid groter dan die eindsnelheid, of, met een mooi woord, die terminale snelheid.

Sjakko

Jan van de Velde schreef:Hou even in de gaten dat een val met wrijving in natuurkundige termen geen vrije val is. Bij een "vrije" val in een echte atmosfeer dus wél een wrijvingskracht groter dan de zwaartekracht hè.

Je steen heeft eigenlijk steeds een snelheid groter dan die eindsnelheid, of, met een mooi woord, die terminale snelheid.

Je doelt hier zeker op de toenemende luchtdichtheid op weg naar beneden? Dit geldt natuurlijk alleen als de steen van een behoorlijke hoogte wordt losgelaten. Als je de steen vanaf 100m hoogte loslaat, krijg je natuurlijk niet te maken met terminale snelheden.

Jan van de Velde

Je doelt hier zeker op de toenemende luchtdichtheid op weg naar beneden? Dit geldt natuurlijk alleen als de steen van een behoorlijke hoogte wordt losgelaten.

De vraag was of de wrijvingskracht groter kan zijn dan de zwaartekracht en wat er dan met de steen zou gebeuren?

Dus ja, dat kan, als......... en als ..........

Wetenschapsforum

Laatste berichten

Nieuwsberichten

[natuurkunde] wrijvingskracht

[natuurkunde] wrijvingskracht

Re: [natuurkunde] wrijvingskracht

Re: [natuurkunde] wrijvingskracht

Re: [natuurkunde] wrijvingskracht

Re: [natuurkunde] wrijvingskracht

Re: [natuurkunde] wrijvingskracht

Re: [natuurkunde] wrijvingskracht