In deze paragraaf gaan we leren dat krachtenevenwichten ook optreden als een voorwerp met een constante snelheid beweegt. We noemen dit principe de eerste wet van Newton.

De resulterende kracht op een voorwerp is niet alleen nul als een voorwerp stil staat, maar ook als een voorwerp in een rechte lijn en met een snelheid constant beweegt (we noemen een dergelijke beweging een eenparige beweging). We noemen dit principe de eerste wet van Newton. Wiskundig kunnen we dit als volgt samenvatten:

$$ \vec{v} = \text{constant} \;\;\; \Leftrightarrow \;\;\; F_{res} = 0 $$
Snelheid (v) meter per seconde (m/s)
Resulterende kracht (Fres) newton (N)

Laten we een paar voorbeelden bespreken. Als we een steentje een tikje geven op een perfect gladde ijsbaan, dan blijft het steentje met een constante snelheid voortbewegen. Na de tik werkt er geen spierkracht meer op het steentje en is de resulterende kracht dus nul. Dit komt dus overeen met de eerste wet van Newton.

Als we een voorwerp over een ruw oppervlak voortduwen met een constante snelheid, dan blijkt de spierkracht gelijk te zijn aan de wrijvingskracht. Ook hier is de resulterende kracht dan dus nul. Ook hier geldt dus de eerste wet van Newton.

De eerste wet van Newton is ook goed te merken tijdens het fietsen. Als een stoplicht op groen springt en je begint te fietsen, dan moet je aan het begin heel veel kracht zetten. Tijdens het versnellen moet jouw spierkracht immers groter zijn dan de wrijvingskracht (zie de eerste onderstaande afbeelding). Als je echter eenmaal met een constante snelheid rijdt, dan kost het fietsen plotseling veel minder kracht. Bij een constante snelheid is de resulterende kracht namelijk nul en dat betekent dat de spierkracht nu slechts even groot hoeft te zijn als de wrijvingskracht.

Ook in de metro is de eerste wet van Newton goed te merken. Als de metro versnelt of remt, dan moeten we ons goed vasthouden. Als de metro echter eenmaal met een constante snelheid rijdt, dan is de resulterende kracht nul en voel je niets meer van de beweging. Het is daarom dan ook niet meer nodig je vast te houden. Op eenzelfde manier merken we niets van de beweging van de aarde om de zon.



4VWO
Let erop dat de resulterende kracht niet altijd nul als een voorwerp stil staat. Als we een voorwerp bijvoorbeeld recht omhoog de lucht in gooien, dan staat het voorwerp op het hoogste punt een moment stil. De snelheid is op dit moment echter niet constant en volgens de eerste wet betekent dit dat de resulterende kracht niet nul is. Dit klopt ook, want op dit punt werkt alleen de zwaartekracht op het voorwerp. Er geldt dus Fres = Fz. De resulterende kracht is wel altijd nul als een voorwerp blijvend stil staat.




Training
    Redeneren met de eerste wet van Newton
  1. Beschrijf de eerste wet van Newton. Schrijf je antwoord ook op in het online logboek.
  2. (3,4)
    1. Op de fietser uit deze paragraaf werken ook krachten in de verticale richting. Noem een kracht die omhoog werkt en een kracht die naar beneden werkt.
    2. Waarom speelden deze krachten geen rol bij het beschrijven van de beweging van de fietser?
  3. (3,4) Een auto rijdt met constante snelheid over een snelweg. Leg met behulp van de eerste wet van Newton uit of het nodig is dat de auto continu gas blijft geven om deze snelheid te behouden.
  4. (3,4) Een raket reist in de ruimte met een constante snelheid op weg naar een verre planeet. Leg met behulp van de eerste wet van Newton uit of het nodig is dat de raket continu gas blijft geven om deze snelheid te behouden.
  5. (3,4) Een leerling gaat een stukje rijden op zijn skateboard. De leerling moet eerst flink afzetten om op gang te komen, maar als hij eenmaal op gang is, kost het veel minder moeite om op snelheid te blijven. Leg dit uit met behulp van de krachten die op de skateboarder werken.
  6. (3,4) Een leerling fietst al een tijdje met een constante snelheid. Ze kijkt op haar horloge en ziet dat ze moet opschieten om op tijd op school te komen. Ze versnelt daarom naar een hogere snelheid. Als ze deze snelheid bereikt heeft, fiets ze met een constante snelheid verder totdat ze op school is aangekomen. Beschrijf hoe de krachten op de leerling veranderen gedurende deze fietstocht.
  7. (4) Een regendruppel heeft bij benadering een bolvorm. Na een tijdje te vallen wordt de snelheid van de druppel constant. Ga na dat voor deze snelheid geldt dat: $$ v = \sqrt{\frac{8\rho_{water}gr}{3\rho_{lucht}c_w}} $$