De drie wetten van Newton stap voor stap

De drie wetten van Newton stap voor stap

De wetten van Newton leggen de basis voor hoe vrijwel alles om ons heen beweegt. In totaal zijn er drie van deze wetten, die we samen stap voor stap gaan doornemen aan de hand van een verhaal met voorbeeldvragen en uitwerkingen.

Vraag 1

Een slee glijdt over een gladde ijsbaan. Er wordt niet meer aan de slee getrokken en de slee is al op snelheid gekomen. Wat zegt de eerste wet van Newton over de beweging van de slee?

Uitwerking 1

De eerste wet van Newton zegt: Een voorwerp blijft in rust of beweegt met constante snelheid in een rechte lijn, tenzij er een nettokracht op werkt.

In dit voorbeeld is de slee al in beweging en glijdt deze over een gladde ijsvloer. Omdat we ervan uitgaan dat er bijna geen wrijving is, werken er geen krachten meer in de bewegingsrichting. De nettokracht is dus nul:

Volgens de eerste wet blijft de slee dan in dezelfde richting en met dezelfde snelheid door glijden. Dit kan gek lijken, omdat we in het dagelijks leven gewend zijn dat bewegende dingen vanzelf stoppen. Dat komt dan door wrijving of luchtweerstand, maar in dit verhaal verwaarlozen we die krachten. De conclusie: de slee gaat in constante snelheid rechtdoor zolang er geen krachten op werken.

Vraag 2

Stel dat er toch een kracht gaat werken op de slee, bijvoorbeeld doordat iemand hem zachtjes vooruit duwt. De kracht van de duw is $F = 10~\text{N}$ en de slee heeft een massa van $m = 5~\text{kg}$. De nettokracht is dus niet langer nul. Bereken de versnelling van de slee en bepaal hoe groot de snelheidsverandering is na $t = 2~\text{s}$.

Uitwerking 2

De tweede wet van Newton zegt:

waarbij $F$ de nettokracht is, $m$ de massa en $a$ de versnelling.

We vullen de waarden in:

De slee versnelt dus met $2~\text{m/s}^2$. Dat betekent dat de snelheid elke seconde met $2~\text{m/s}$ toeneemt. Na $t = 2~\text{s}$ is de snelheidsverandering:

De conclusie: door de kracht van 10 N versnelt de slee en neemt zijn snelheid in 2 seconden met 4 m/s toe.