Wetten van Newton

Begin met een vrij-lichaamdiagram

Gewicht is de zwaartekracht mg, de normaalkracht staat loodrecht op het contactvlak, wrijving ligt langs het oppervlak en spankracht trekt langs een touw of kabel. Een duidelijke fysische oorsprong voorkomt verzonnen krachten.

Een voorwerp dat naar rechts beweegt heeft niet automatisch een kracht naar rechts nodig. Het kan met constante snelheid bewegen bij nettokracht nul of naar rechts bewegen terwijl een nettokracht naar links het afremt.

Eerste wet: nettokracht nul betekent niet snelheid nul

Als ΣF⃗ = 0, is de versnelling nul en blijft de snelheid constant. Rust is slechts het speciale geval waarin die constante snelheid nul is.

De uitspraak geldt in een inertiaalstelsel. In een versnellende auto zijn extra schijnbare effecten nodig als je de beweging vanuit dat niet-inertiale stelsel beschrijft.

Tweede wet: tel alle krachten op vóór F = ma

F in de bekende formule betekent de netto externe kracht. Werkt 20 N naar rechts en 8 N naar links, dan is ΣF = 12 N naar rechts. Voor 4 kg volgt a = 3 m s⁻² naar rechts.

Massa is een maat voor traagheid. Bij dezelfde nettokracht versnelt een grotere massa minder. Gewicht is geen massa: dicht bij het aardoppervlak is het gewicht de kracht mg.

Derde wet: het krachtenpaar werkt op twee verschillende lichamen

Als een hand de doos duwt, duwt de doos de hand even sterk terug in tegengestelde richting. Die twee krachten vormen één interactiepaar, maar heffen elkaar niet op op hetzelfde voorwerp.

Om te bepalen of de krachten op één voorwerp elkaar opheffen, bekijk je alleen het vrij-lichaamdiagram van dat voorwerp.

Een robuuste methode voor krachtproblemen

1. Kies het voorwerp of systeem.
2. Teken alle externe krachten die erop werken.
3. Kies assen en ontbind schuine krachten waar nodig.
4. Schrijf ΣF_x = ma_x en ΣF_y = ma_y.
5. Controleer teken, richting en eenheid.

Neem niet automatisch N = mg. Dat geldt alleen in specifieke situaties, bijvoorbeeld op een horizontaal vlak zonder verticale versnelling en zonder andere verticale krachten.

Kracht bepaalt versnelling, niet de huidige bewegingsrichting

De nettokracht bepaalt hoe de snelheidsvector verandert. Bij een cirkelbeweging kan de nettokracht bijvoorbeeld loodrecht op de snelheid staan: de richting verandert terwijl de snelheidsgrootte constant kan blijven.

Dit onderscheid voorkomt de fout om een krachtpijl te tekenen alleen omdat een object op dat moment in dezelfde richting beweegt.

Uitgewerkte voorbeelden

1. Horizontale duw

Een kar van 5,0 kg wordt met 18 N naar rechts geduwd; wrijving is 3,0 N naar links. Bereken de versnelling.

2. Lift met constante snelheid

Een passagier van 70 kg beweegt omhoog met constante snelheid. Wat zijn de nettokracht en de normaalkracht?

3. Actie en reactie

Iemand duwt met 120 N tegen een muur. Welke kracht oefent de muur uit op de persoon?