Natuurkunde basisschool en onderbouw · Grades 1–9
12Duwen en trekken: krachten
Een deur openen, een rits dichttrekken, tegen een bal schoppen, een slee voorttrekken: je hele dag bestaat uit duwen en trekken. De natuurkunde brengt dat allemaal onder één trotse naam samen — kracht — en stelt twee eenvoudige vragen: wat kan een kracht doen, en welke kant werkt ze op?
12.1 Overal duwen en trekken
Definitie 12.1 (Kracht)
Een kracht is een duw of een trek. Een schommel aanduwen, een wagentje trekken, op een deurbel drukken, een elastiekje uitrekken, deeg kneden: elk daarvan is een kracht aan het werk. Een kracht heeft altijd een sterkte — zacht of machtig — en een richting: ze duwt of trekt ergens naartoe.
Voorbeeld 12.2 (Duw of trek?)
Sorteer je dag: tegen een bal schoppen — een duw met de voet. Een la opendoen — een trek. Hem dichtdoen — een duw. Je jas dichtritsen — een trek. Deeg kneden — veel kleine duwtjes. Touwtrekken — twee ploegen die aan hetzelfde touw de tegenovergestelde kant op trekken.
Methode 12.3 (Een kracht als pijl tekenen)
Natuurkundigen tekenen een kracht als een pijl:
- de pijl begint waar de duw of trek het voorwerp aangrijpt;
- hij wijst de kant op waar de kracht op werkt;
- een sterkere kracht krijgt een langere pijl.
Eén pijltje vertelt het hele verhaal: waar, welke kant op, hoe hard. Die pijlen zullen we nog jarenlang tekenen.
12.2 Wat krachten doen
Propositie 12.4 (De vier klussen van een kracht)
Een kracht kan vier dingen met een voorwerp doen:
- het in beweging brengen — de trap stuurt de stilliggende bal weg;
- het stoppen — de handen van de keeper stoppen het schot;
- het afbuigen — een tik van opzij buigt de baan van de rollende bal;
- zijn vorm veranderen — knijpen plet de spons, trekken rekt het elastiekje uit.
Geen kracht, geen van de vier: een voorwerp dat helemaal met rust wordt gelaten blijft precies doen wat het al deed.
Voorbeeld 12.5 (Sterkere kracht, groter effect)
Tik tegen een knikker: hij rolt naar de tafelrand. Schiet hem hard weg: hij vliegt door de kamer. Dezelfde knikker, dezelfde vinger — alleen de sterkte van de duw veranderde, en de vlucht van de knikker veranderde mee. Zachte kracht, zacht effect; machtige kracht, machtig effect.
Voorbeeld 12.6 (Probeer het: de vormveranderaars)
Verzamel een spons, een elastiekje, een klomp boetseerklei en een houtblokje. Knijp en rek ze allemaal. De spons veert terug op het moment dat je loslaat; het elastiekje ook. De klei houdt haar nieuwe vorm — jouw kracht heeft er voorgoed een deuk in gemaakt. En het blokje? Je hardste kneep verandert er niets aan (voor zover je kunt zien!). Dingen antwoorden elk op hun eigen manier op kracht.
12.3 Krachten zonder aanraking
Voorbeeld 12.7 (De aantrekking van de Aarde)
Laat een lepel vallen: omlaag gaat hij. Gooi een bal zo hoog je wilt: hij komt terug naar beneden. Bladeren, regendruppels, kruimels — alles wat losgelaten wordt valt omlaag. Iets trekt aan elk van die dingen, de hele tijd, zonder ze aan te raken: de Aarde zelf. De aantrekking van de Aarde is de standvastigste kracht in je leven — ze laat nooit los, en daarom betekent “omlaag” overal op het schoolplein hetzelfde.
Opmerking 12.8 (Oude bekenden)
Je kent al een andere kracht zonder aanraking: de magneet, die zijn paperclip over een spleet lucht heen trekt. Magneten en de aantrekking van de Aarde zijn de twee krachten zonder aanraking in je dagelijks leven — zeldzame en kostbare uitzonderingen, want elke andere duw of trek die je tegenkomt heeft contact nodig. Allebei groeien ze later in deze cursus uit tot grote hoofdstukken.
12.4 Oefeningen
Oefening 12.1 ★
Duw of trek? Aanbellen; een la opendoen; een voetbal koppen; een slee de heuvel op trekken; tandpasta uitknijpen.
Oplossing
Oplossing van Oefening 12.1.
Duw; trek; duw; trek; duw (knijpen is duwen van twee kanten).
Oefening 12.2 ★
Welke drie dingen vertelt een krachtpijl over een kracht?
Oplossing
Oplossing van Oefening 12.2.
Waar de kracht het voorwerp aangrijpt, welke kant ze op werkt, en hoe sterk ze is (aan de lengte van de pijl).
Oefening 12.3 ★
Noem de vier klussen van een kracht, en geef bij elke klus je eigen voorbeeld — anders dan de voorbeelden uit het hoofdstuk.
Oplossing
Oplossing van Oefening 12.3.
In beweging brengen, stoppen, afbuigen, van vorm veranderen. De voorbeelden verschillen — bijvoorbeeld: een knikker wegschieten (in beweging brengen), een frisbee vangen (stoppen), een bal tegen een muur laten stuiteren (afbuigen), een sneeuwbal platdrukken (vorm).
Oefening 12.4 ★
Een knikker rolt recht op je af. Hoe laat je hem met één vinger: stoppen? sneller gaan? opzij zwenken? Zeg elke keer welke kant je vinger op duwt.
Oplossing
Oplossing van Oefening 12.4.
Stoppen: duw tegen zijn beweging in, met je vinger naar de knikker toe. Sneller laten gaan: duw van achteren, de kant op waar hij al rolt. Laten zwenken: duw van opzij, dwars op zijn baan.
Oefening 12.5 ★
Wat veert terug en wat houdt de deuk: een spons; boetseerklei; een elastiekje; zachte sneeuw?
Oplossing
Oplossing van Oefening 12.5.
Veren terug: de spons en het elastiekje. Houden de deuk: boetseerklei en zachte sneeuw.
Oefening 12.6 ★
Teken een doos die zachtjes naar rechts wordt geduwd en dezelfde doos die hard naar links wordt geduwd. Waarin verschillen je twee pijlen?
Oplossing
Oplossing van Oefening 12.6.
De zachte duw: een korte pijl naar rechts. De harde duw: een lange pijl naar links. Verschillende lengtes, tegengestelde richtingen.
Oefening 12.7 ★
Welke kracht laat alles wat je loslaat vallen? Moet ze de vallende lepel aanraken? Welke kant op trekt ze altijd?
Oplossing
Oplossing van Oefening 12.7.
De aantrekking van de Aarde. Ze hoeft niets aan te raken — ze trekt de lepel door de lucht, en altijd omlaag.
Oefening 12.8 ★
Noem de twee krachten zonder aanraking die je hebt leren kennen, elk met één voorbeeld dat je thuis hebt gezien.
Oplossing
Oplossing van Oefening 12.8.
De aantrekking van de Aarde (een sok die je laat vallen valt omlaag) en de aantrekking van de magneet (het koelkastmagneetje houdt een tekening vast door het papier heen).
Oefening 12.9 ★★
Bij touwtrekken trekken beide ploegen uit alle macht, en toch beweegt het lintje op het touw soms helemaal niet. Teken het touw met de pijlen van de twee ploegen. Wat moet er waar zijn over de twee trekken als het lintje stilstaat? Wat gebeurt er op het moment dat één ploeg harder trekt?
Oplossing
Oplossing van Oefening 12.9.
Twee even lange pijlen op het touw, die de tegenovergestelde kant op wijzen. Het lintje staat stil wanneer de twee trekken even sterk zijn — ze heffen elkaar op. Op het moment dat één ploeg harder trekt, wint haar pijl en beweegt het lintje die kant op.
Oefening 12.10 ★★
Een bal die recht omhoog wordt gegooid gaat langzamer, staat een oogwenk stil en valt terug. Welke kracht is aan het werk op de weg omhoog, bovenaan, en op de weg omlaag? Stopt ze ooit met trekken? (Teken de pijl op elk van de drie momenten.)
Oplossing
Oplossing van Oefening 12.10.
Alle drie de keren dezelfde kracht: de aantrekking van de Aarde, met de pijl recht omlaag — op de weg omhoog (waarbij ze de bal afremt), bovenaan (waar ze hem terug gaat halen) en op de weg omlaag (waarbij ze hem versnelt). Ze stopt geen moment met trekken.