Hoe kracht, kracht, koppel en energie werken

Kracht, kracht, koppel en energie - wat betekenen deze woorden eigenlijk en zijn ze onderling uitwisselbaar? © laga.com / AndrewJohnson

Als je veel artikelen hebt gelezen, heb je veel terminologie gezien - woorden als massa, dwingen, koppel, werk, kracht en energie. Wat betekenen deze woorden echt en zijn ze onderling uitwisselbaar??

In dit artikel zullen we helpen om al deze terminologie samen te brengen, enkele voorbeelden te geven van wanneer elk wordt gebruikt en zelfs een paar berekeningen uit te proberen om het onder de knie te krijgen.

In dit artikel zullen we verwijzen naar verschillende soorten eenheden. In het grootste deel van de wereld is de Internationaal systeem van eenheden (SI - van het Franse Le Système International d'Unités), ook wel de metriek stelsel, wordt geaccepteerd als de standaardset van eenheden. Dit systeem bevat de meeste metrische eenheden die u gewend bent, zoals meters en kilogrammen, maar bevat ook eenheden voor vele andere fysieke en technische eigenschappen. Zelfs de Verenigde Staten hebben officieel het SI-systeem van eenheden aangenomen, maar Engelse technische eenheden (zoals kilo's en voeten) worden nog steeds dagelijks gebruikt. Voordat we beginnen met het uitleggen van deze termen, moeten we beginnen met een aantal basisprincipes. We beginnen met massa en werken ons een weg omhoog naar energie.

Over het algemeen, massa is gedefinieerd als de maatstaf van hoeveel materie een voorwerp of lichaam bevat -- het totale aantal subatomaire deeltjes (elektronen, protonen en neutronen) in het object. Als je je massa vermenigvuldigt met de aantrekkingskracht van de zwaartekracht van de aarde, krijg je je gewicht. Dus als uw lichaamsgewicht fluctueert door eten of sporten, is het eigenlijk het aantal atomen dat verandert.

Het is belangrijk om te begrijpen dat massa onafhankelijk is van uw positie in de ruimte. De massa van je lichaam op de maan is hetzelfde als zijn massa op aarde, omdat het aantal atomen hetzelfde is. De zwaartekracht van de aarde neemt daarentegen af ​​naarmate je verder van de aarde af beweegt. Daarom kunt u afvallen door uw hoogte te veranderen, maar uw massa blijft hetzelfde. Je kunt ook afvallen door op de maan te leven, maar nogmaals, je massa is hetzelfde.

Massa is belangrijk om te berekenen hoe snel dingen versnellen als we er kracht op uitoefenen. Wat bepaalt hoe snel een auto kan accelereren? U weet waarschijnlijk dat uw auto langzamer accelereert als er vijf volwassenen in zitten dan als er maar één is. We zullen deze relatie tussen massa, kracht en versnelling wat meer in detail onderzoeken nadat we het over kracht hebben gehad.

Gemeenschappelijke eenheden van de mis

SI:

Gram (g)

   1 g = 0,001 kg

Kilogram (kg)

   1 kg = 2,2 lbm

1 kg = 0,0685 slak

Engels:

Pondmassa (lbm)

   1 pond = 0,4536 kg

Slak (naaktslak)

   1 slak = 14,5939 kg

Een type dwingen waar iedereen bekend mee is, is het gewicht. Dit is de hoeveelheid kracht die de aarde op je uitoefent. Er zijn twee interessante dingen over deze kracht:

• Het trekt je naar beneden, of beter gezegd, naar het midden van de aarde.
• Het is evenredig met je massa. Als je meer massa hebt, oefent de aarde een grotere kracht op je uit.

Wanneer je op een weegschaal stapt, oefen je een kracht uit op de weegschaal. De kracht die u op de schaal uitoefent, drukt een veer samen, die de naald beweegt. Als je een honkbal gooit, oefen je een kracht uit op de bal, waardoor deze sneller gaat. Een vliegtuigmotor creëert een kracht die het vliegtuig door de lucht duwt. De banden van een auto oefenen een kracht uit op de grond, die de auto voortstuwt.

Forceer oorzaken versnelling. Als je kracht uitoefent op een speelgoedauto (bijvoorbeeld door er met je hand op te duwen), zal deze gaan bewegen. Dit klinkt misschien simpel, maar het is een heel belangrijk feit. De beweging van de auto wordt bepaald door De tweede wet van Isaac Newton, wat de basis vormt voor de klassieke mechanica. De tweede wet van Newton stelt dat de versnelling (a) van een object is rechtevenredig met de uitgeoefende kracht (F) en omgekeerd evenredig met de massa van het object (m). Dat wil zeggen, hoe meer kracht u op een object uitoefent, hoe groter de versnelling; en hoe meer massa het object heeft, hoe lager de versnelling. De tweede wet van Newton wordt gewoonlijk samengevat in vergelijkingsvorm:

a = F / m, of F = ma

Om de prestatie van Newton te eren, werd de standaardeenheid van kracht in het SI-systeem de Newton. Een Newton (N) kracht is voldoende om 1 kilogram (kg) massa te versnellen met een snelheid van 1 meter per seconde in het kwadraat (m / s²). Dit is in feite hoe kracht en massa worden gedefinieerd. EEN kilogram is de hoeveelheid gewicht waarbij 1 N kracht zal versnellen met een snelheid van 1 m / s². In Engelse eenheden, a naaktslak is de hoeveelheid massa die 1 pond kracht zal versnellen bij 1 ft / s², en een pond massa is de hoeveelheid massa die 1 pond kracht zal versnellen bij 32 voet / s².

De aarde oefent voldoende kracht uit om objecten te versnellen die met een snelheid van 9,8 m / s vallen², of 32 voet / s². Deze zwaartekracht wordt vaak aangeduid als g in vergelijkingen. Als je iets van een klif laat vallen, zal het voor elke seconde dat het valt, met 9,8 m / s versnellen. Dus als hij vijf seconden valt, bereikt hij een snelheid van 49 m / s. Dit is een behoorlijk hoge versnelling. Als een auto zo snel zou accelereren, zou hij in minder dan drie seconden 60 mijl per uur (97 km / u) bereiken!

Gemeenschappelijke eenheden van kracht

SI:

Newton (N)

   1 N = 0.225 pond

Engels:

Pond (lb)

   1 pond = 4,448 N

Als we het over kracht hebben, is er meestal meer dan één kracht bij betrokken, en deze krachten worden in verschillende richtingen uitgeoefend. Laten we eens kijken naar een diagram van een auto. Als de auto stilstaat, oefent de zwaartekracht een neerwaartse kracht uit op de auto (deze kracht werkt overal op de auto, maar voor het gemak kunnen we de kracht trekken in het zwaartepunt van de auto). Maar de grond oefent een gelijke en tegengestelde opwaartse kracht uit op de banden, zodat de auto niet beweegt.

Deze inhoud is niet compatibel op dit apparaat.

Figuur 1. Animatie van krachten op een auto

Wanneer de auto begint te accelereren, komen er nieuwe krachten in het spel. De achterwielen oefenen een kracht uit tegen de grond in horizontale richting; hierdoor begint de auto te accelereren. Wanneer de auto langzaam rijdt, gaat bijna alle kracht in het versnellen van de auto. De auto weerstaat deze acceleratie met een dwingen dat is gelijk aan zijn massa vermenigvuldigd met zijn versnelling. Je kunt naar binnen kijken Figuur 1 hoe de krachtpijl groot begint omdat de auto in eerste instantie snel accelereert. Terwijl het begint te bewegen, oefent de lucht een kracht uit op de auto, die groter wordt naarmate de auto sneller rijdt. Deze aerodynamische weerstand werkt in de tegenovergestelde richting van de kracht van de banden, die de auto voortstuwen, dus het trekt van die kracht af, waardoor er minder kracht beschikbaar is voor acceleratie..

Uiteindelijk zal de auto zijn topsnelheid bereiken, het punt waarop hij niet meer kan accelereren. Op dit punt is de aandrijfkracht gelijk aan de aerodynamische weerstand en blijft er geen kracht over om de auto te versnellen.

Koppel is een kracht die de neiging heeft om dingen te draaien of te draaien. U genereert een koppel telkens wanneer u een kracht uitoefent met een sleutel. Het aandraaien van de wielmoeren op uw wielen is een goed voorbeeld. Als u een sleutel gebruikt, oefent u kracht uit op het handvat. Deze kracht creëert een koppel op de wielmoer, die de neiging heeft om de wielmoer te verdraaien.

Engelse koppeleenheden zijn pond-inch of pond-voet; de SI-eenheid is de Newtonmeter. Merk op dat de koppeleenheden een afstand en een kracht bevatten. Om het koppel te berekenen, vermenigvuldigt u de kracht gewoon met de afstand vanaf het midden. In het geval van de wielmoeren, als de sleutel een voet lang is en je oefent er 200 pond kracht op uit, genereer je 200 pond-voet aan koppel. Als u een 2-voetsleutel gebruikt, hoeft u er slechts 100 pond kracht op te zetten om hetzelfde koppel te genereren.

Een automotor genereert koppel en gebruikt dit om de krukas te laten draaien. Dit koppel wordt op precies dezelfde manier gecreëerd: er wordt op afstand een kracht uitgeoefend. Laten we enkele motoronderdelen eens nader bekijken:

Deze inhoud is niet compatibel op dit apparaat.

Figuur 2. Hoe koppel wordt gegenereerd in één cilinder van een viertaktmotor

Door de verbranding van gas in de cilinder ontstaat er druk tegen de zuiger. Die druk zorgt voor een kracht op de zuiger, die hem naar beneden drukt. De kracht wordt overgebracht van de zuiger naar de drijfstang en van de drijfstang naar de krukas. In Figuur 2, merk op dat het punt waar de drijfstang aan de krukas wordt bevestigd, zich op enige afstand van het midden van de as bevindt. De horizontale afstand verandert als de krukas draait, dus het koppel verandert sindsdien ook koppel gelijk is dwingen vermenigvuldigd met afstand.

Je vraagt ​​je misschien af ​​waarom alleen de horizontale afstand belangrijk is bij het bepalen van het koppel in deze motor. U kunt in figuur 2 zien dat wanneer de zuiger zich in de top van zijn slag bevindt, de drijfstang recht naar beneden wijst in het midden van de krukas. In deze positie wordt geen koppel gegenereerd, omdat alleen de kracht die op de hendel werkt in een richting loodrecht op de hendel een koppel genereert.

Als u ooit hebt geprobeerd echt strakke wielmoeren van uw auto los te draaien, weet u dat een goede manier om veel aanhaalmoment te maken, is door de sleutel horizontaal te plaatsen en dan op het uiteinde van de sleutel te gaan staan ​​- op deze manier u past al uw gewicht toe op een afstand die gelijk is aan de lengte van de sleutel. Als u de sleutel met de handgreep recht omhoog zou plaatsen en dan op de bovenkant van de handgreep zou gaan staan ​​(ervan uitgaande dat u uw evenwicht zou kunnen bewaren), zou u geen kans hebben om de wielmoer los te draaien. U kunt net zo goed direct op de wielmoer gaan staan.

Deze inhoud is niet compatibel op dit apparaat.

Figuur 3. Een gesimuleerde rollenbanktest van twee verschillende motoren

Klik hier voor de grote versie.

figuur 3 toont het maximale koppel en vermogen gegenereerd door twee verschillende motoren. Een van de motoren is een Caterpillar C-12-dieselvrachtwagenmotor met turbocompressor. Deze motor weegt ongeveer 2.000 pond en heeft een cilinderinhoud van 732 kubieke inch (12 liter). De andere motor is een sterk gemodificeerde Ford Mustang Cobra-motor, met een cilinderinhoud van 280 kubieke inch (4,6 liter); het heeft een toegevoegde supercharger en weegt ongeveer 400 pond. Ze produceren allebei maximaal zo'n 430 pk (pk), maar slechts één van deze motoren is geschikt voor het trekken van een zware vrachtwagen. De reden ligt deels in de hierboven getoonde vermogen / koppelcurve.

Wanneer de animatie pauzeert, kun je zien dat de Caterpillar-motor een koppel van 1.650 lb-ft produceert bij 1200 tpm, wat 377 pk is. Bij 5.600 tpm levert de Mustang-motor ook 377 pk, maar hij levert slechts een koppel van 354 lb-ft. Als je het artikel over overbrengingsverhoudingen hebt gelezen, denk je misschien aan een manier om de Mustang-motor te helpen hetzelfde koppel van 1.650 lb-ft te produceren. Als je een tandwielreductie van 4,66: 1 op de Mustang-motor zet, zou de uitvoersnelheid (5.600 / 4,66 tpm) 1.200 tpm zijn, en het koppel zou (4.66 * 354 lb-ft) 1.650 lb-ft zijn - precies de hetzelfde als de grote Caterpillar-motor.

Nu vraag je je misschien af: waarom gebruiken grote vrachtwagens geen kleine gasmotoren in plaats van grote dieselmotoren? In het bovenstaande scenario slingert de grote Caterpillar-motor voort met 1.200 tpm, lekker langzaam, en produceert hij 377 pk. Ondertussen giert de kleine gasmotor met 5.600 tpm mee. De kleine gasmotor gaat niet lang mee met die snelheid en dat vermogen. De grote vrachtwagenmotor is ontworpen om jaren mee te gaan, en om elk jaar honderdduizenden kilometers te rijden, gaat hij mee.

Gemeenschappelijke eenheden van koppel

SI:

Newtonmeter (Nm)

   1 Nm = 0,737 lb-ft

Engels:

Pond-inch (lb-in)

   1 lb-in = 0,113 Nm

Pond-voet (lb-ft)

   1 lb-ft = 1.356 Nm

De werk we hebben het hier over werk in de natuurkundige zin. Geen huiswerk, geen klusjes, of je baan of enig ander soort werk. Het is goed oud mechanisch werk.

Werk is gewoon het het uitoefenen van een kracht over een afstand, met één vangst - de afstand telt alleen als deze in de richting is van de kracht die je uitoefent. Een gewicht van de grond tillen en op een plank zetten is een goed voorbeeld van werk. De kracht is gelijk aan het gewicht van het object en de afstand is gelijk aan de hoogte van de plank. Als het gewicht zich in een andere kamer bevond en je moest het oppakken en door de kamer lopen voordat je het op de plank legde, deed je niet meer werk dan wanneer het gewicht direct onder de plank op de grond lag. Het voelde misschien alsof je meer werk deed, maar terwijl je met het gewicht liep, bewoog je horizontaal, terwijl de kracht van het gewicht verticaal was.

Je auto doet het ook. Als het beweegt, moet het een kracht uitoefenen om de krachten van wrijving en aerodynamische weerstand tegen te gaan. Als hij een heuvel oprijdt, doet hij hetzelfde werk als bij het heffen van een gewicht. Wanneer hij echter de heuvel afrijdt, krijgt hij het werk terug dat hij deed. De heuvel helpt de auto naar beneden te rijden.

Werk is energie die is verbruikt. Als je werkt, gebruik je energie. Maar soms kan de energie die u gebruikt, worden teruggewonnen. Wanneer de auto de heuvel oprijdt, helpt het werk dat hij doet om de top te bereiken hem weer naar beneden. Werk en energie zijn nauw met elkaar verbonden. De werkeenheden zijn dezelfde als de energie-eenheden, die we later zullen bespreken.

Vermogen is een maatstaf voor hoe snel er kan worden gewerkt. Met een hendel kunt u mogelijk een koppel van 200 ft-lb genereren. Maar zou je die hendel 3000 keer per minuut kunnen draaien? Dat is precies wat uw automotor doet.

De SI-eenheid voor vermogen is de watt. Een watt valt uiteen in andere eenheden waarover we het al hebben gehad. Een watt is gelijk aan 1 Newtonmeter per seconde (Nm / s). Je kunt de hoeveelheid koppel in Newton-meters vermenigvuldigen met het toerental om het vermogen in watt te vinden. Een andere manier om naar vermogen te kijken, is als een eenheid van snelheid (m / s) gecombineerd met een eenheid van kracht (N). Als je op iets zou duwen met een kracht van 1 N, en het bewoog met een snelheid van 1 m / s, zou je uitgangsvermogen 1 watt zijn.

Een interessante manier om erachter te komen hoeveel vermogen u kunt produceren, is door te zien hoe snel u een trap op kunt rennen.

1. Meet de hoogte van een trap die u ongeveer drie verdiepingen omhoog brengt.
2. Tijd voor jezelf terwijl je zo snel mogelijk de trap op rent.
3. Verdeel de hoogte van de trap door de tijd die je nodig had om ze op te gaan. Dit geeft je je snelheid.

Als je bijvoorbeeld 15 seconden nodig had om 10 meter omhoog te rennen, dan was je snelheid 0,66 m / s (alleen je snelheid in verticale richting is belangrijk). Nu moet je erachter komen hoeveel kracht je hebt uitgeoefend over die 10 meter, en aangezien het enige dat je de trap op sleepte jezelf was, is deze kracht gelijk aan je gewicht. Om de hoeveelheid afgegeven vermogen te krijgen, vermenigvuldigt u uw gewicht met uw snelheid.

Vermogen (W) = (hoogte van trappen (m) / tijd om te klimmen (s)) * gewicht (N)

Vermogen (pk) = [(hoogte van trap (ft) / tijd om te klimmen (s)) * gewicht (lb)] / 550

Gemeenschappelijke eenheden van kracht

SI:

Watt (W)

   1000 W = 1 kW

Kilowatt (kW)

   1 kW = 1.341 pk

Engels

Paardenkracht (pk)

   1 pk = 0,746 kW

Energie is het laatste hoofdstuk in onze terminologie-saga. We hebben alles wat we tot nu toe hebben geleerd nodig om energie uit te leggen.

Als kracht is als de kracht van een gewichtheffer, is energie als zijn uithoudingsvermogen. Energie is een maatstaf voor hoe lang we de output van vermogen kunnen behouden, of hoeveel werk we kunnen doen. Kracht is de snelheid waarmee we het werk doen. Een veel voorkomende energie-eenheid is het kilowattuur (kWh). Je hebt in het laatste deel geleerd dat een kW een eenheid van vermogen is. Als we één kW stroom gebruiken, gaat een kWh energie een uur mee. Als we 10 kW stroom gebruiken, verbruiken we de kWh in slechts zes minuten.

Er zijn twee soorten energie: potentieel en kinetisch.

Potentiële energie

Potentiële energie is wachten om te worden omgezet in macht. Benzine in een brandstoftank, voedsel in je maag, een samengedrukte veer en een gewicht dat aan een boom hangt zijn allemaal voorbeelden van potentiële energie.

Het menselijk lichaam is een soort energieomzettingsapparaat. Het zet voedsel om in energie, waarmee je kunt werken. Een automotor zet benzine om in kracht, waarmee ook werk kan worden gedaan. Een slingeruurwerk is een apparaat dat de energie gebruikt die is opgeslagen in hangende gewichten om werk te doen.

Wanneer u een object hoger tilt, krijgt het potentiële energie. Hoe hoger je hem optilt, en hoe zwaarder hij is, hoe meer energie hij krijgt. Als u bijvoorbeeld een bowlingbal 1 inch optilt en op het dak van uw auto laat vallen, zal deze niet veel schade aanrichten (probeer dit alsjeblieft niet). Maar als je de bal 30 meter optilt en op je auto laat vallen, zal hij een enorme deuk in het dak maken. Dezelfde bal die van grotere hoogte is gevallen, heeft veel meer energie. Dus door de hoogte van een object te vergroten, vergroot je zijn potentiële energie.

Laten we teruggaan naar ons experiment waarin we de trap op renden en ontdekten hoeveel stroom we gebruikten. Er is nog een andere manier om te kijken naar hoe we ons vermogen hebben berekend: we hebben berekend hoeveel potentiële energie ons lichaam heeft gewonnen toen we het tot een bepaalde hoogte optrokken. Deze hoeveelheid energie was het werk dat we deden door de trap op te rennen (kracht * afstand, of ons gewicht * de hoogte van de trap). We hebben toen berekend hoe lang het duurde om dit werk te doen, en zo ontdekten we de kracht. Onthoud dat macht de snelheid is waarmee we werken.

De formule om de potentiële energie (PE) te berekenen die u wint als u uw lengte verhoogt, is:

PE = Kracht * Afstand

In dit geval is de kracht gelijk aan uw gewicht, dat is uw massa (m) * de versnelling van de zwaartekracht (g), en de afstand is gelijk aan uw verandering in lengte (h). Dus de formule kan worden geschreven:

PE = mgh

Gemeenschappelijke eenheden van energie

SI:

Newtonmeter (Nm)

   1 Nm = 1 J

Joule (J)

   1 J = 0,239 cal

Calorie (cal)

   1 cal = 4,184 J

Watturen (Wh)

   1 Wh = 3600 J

Kilowattuur (kWh)

   1 kWh = 1.000 Wh

   1 kWh = 3.600.000 J

1 kWh = 3.412 BTU

Engels:

Voet - pond (ft lb)

   1 ft · lb = 1,356 Nm

Britse thermische eenheid (BTU)

   1 BTU = 1055 J

   1 BTU = 0.0002931 kWh

Kinetische energie is energie van beweging. Bewegende objecten, zoals een achtbaan, hebben kinetische energie (KE). Als een auto met 5 mph tegen een muur botst, zou hij de auto niet veel moeten beschadigen. Maar als het de muur raakt met 40 mph, zal de auto hoogstwaarschijnlijk worden opgeteld.

Kinetische energie is vergelijkbaar met potentiële energie. Hoe meer het object weegt, en hoe sneller het beweegt, hoe meer kinetische energie het heeft. De formule voor KE is:

KE = 1/2 * m * v²

waar m is de massa en v is de snelheid.

Een van de interessante dingen over kinetische energie is dat het toeneemt met de snelheid in het kwadraat. Dit betekent dat als een auto twee keer zo snel gaat, hij vier keer zoveel energie heeft. Het is je misschien opgevallen dat je auto veel sneller accelereert van 0 naar 30 km / u dan van 40 naar 100 km / u. Laten we eens kijken hoeveel kinetische energie er nodig is bij elk van deze snelheden. Op het eerste gezicht zou je kunnen zeggen dat in elk geval de auto zijn snelheid met 30 km / u verhoogt, en dus moet de energie die nodig is voor elke verhoging hetzelfde zijn. Maar dit is niet zo.

We kunnen de kinetische energie berekenen die nodig is om van 0 mph naar 20 mph te gaan door de KE bij 20 mph te berekenen en vervolgens de KE op 0 mph van dat aantal af te trekken. In dit geval zou het 1/2 * m * 20 zijn² - 1/2 * m * 0². Omdat het tweede deel van de vergelijking 0 is, is de KE = 1/2 * m * 20², of 200 m. Voor de auto die van 40 mph naar 100 mph gaat, is de KE = 1/2 * m * 60² - 1/2 * m * 40²; dus KE = 1.800 m - 800 m, of 1000 m. Als we de twee resultaten vergelijken, kunnen we zien dat het een KE van 1.000 m kost om van 40 mph naar 100 mph te gaan, terwijl het slechts 200 m kost om van 0 mph naar 20 mph te gaan.

Er zijn veel andere factoren die een rol spelen bij het bepalen van de acceleratie van een auto, zoals de luchtweerstand, die ook toeneemt met de snelheid in het kwadraat. Overbrengingsverhoudingen bepalen hoeveel van het motorvermogen beschikbaar is bij een bepaalde snelheid, en tractie is soms een beperkende factor. Het is dus een stuk ingewikkelder dan alleen een berekening van de kinetische energie, maar die berekening helpt wel om het verschil in acceleratietijden te verklaren.

Nu we weten over potentiële energie en kinetische energie, kunnen we enkele interessante berekeningen doen. Laten we eens kijken hoe hoog een polsstokhoogspringer zou kunnen springen als hij een perfecte techniek had. Eerst berekenen we zijn KE, en dan berekenen we hoe hoog hij zou kunnen springen als hij al die KE zou gebruiken om zijn lengte (en dus zijn PE) te vergroten, zonder er iets van te verspillen. Als hij al zijn KE naar PE heeft geconverteerd, kunnen we de vergelijking oplossen door ze gelijk aan elkaar te stellen:

1/2 * m * v² = m * g * h

Omdat massa zich aan beide kanten van de vergelijking bevindt, kunnen we deze term elimineren. Dit is logisch omdat zowel KE als PE toenemen met toenemende massa, dus als de hardloper zwaarder is, nemen zijn PE en KE beide toe. Dus we zullen de massa-term elimineren en de dingen een beetje herschikken om op te lossen voor h:

1/2 * v² / g = h

Laten we zeggen dat onze polsstokhoogspringer net zo snel kan rennen als iedereen ter wereld. Op dit moment is het wereldrecord 100 meter hardlopen iets minder dan 10 seconden. Dat geeft een snelheid van 10 m / s. We weten ook dat de versnelling door de zwaartekracht 9,8 m / s is². Dus nu kunnen we de hoogte oplossen:

1/2 * 10² / 9,8 = 5,1 meter

Dus 5,1 meter is de hoogte die een polsstokhoogspringer zijn zwaartepunt zou kunnen verhogen als hij al zijn KE in PE zou omzetten. Maar zijn zwaartepunt ligt niet op de grond; het is in het midden van zijn lichaam, ongeveer 1 meter boven de grond. Dus de beste hoogte die een polsstokhoogspringer kan bereiken is in feite ongeveer 6,1 meter of 20 voet. Hij kan misschien wat meer hoogte winnen door speciale technieken te gebruiken, zoals afzetten vanaf de bovenkant van de paal of een heel goede sprong maken voordat hij opstijgt.

Deze inhoud is niet compatibel op dit apparaat.

Figuur 4. Animatie van polsstokspringen

In Figuur 4 je kunt zien hoe de energie van de polsstokhoogspringer verandert terwijl hij de kluis maakt. Als hij begint, zijn zowel zijn potentiële als kinetische energie nul. Terwijl hij begint te rennen, verhoogt hij zijn kinetische energie. Vervolgens, terwijl hij de paal plant en zijn sprong begint, ruilt hij zijn kinetische energie in voor potentiële energie. Terwijl de paal buigt, absorbeert hij veel van zijn kinetische energie, net als het samendrukken van een veer. Vervolgens gebruikt hij de potentiële energie die in de paal is opgeslagen om zijn lichaam over de lat te heffen. Bovenaan zijn kluis heeft hij het grootste deel van zijn kinetische energie omgezet in potentiële energie.

Onze berekening komt redelijk goed overeen met het huidige wereldrecord van 6,15 meter, dat Sergey Bubka in 1993 neerzette.

Raadpleeg de links op de volgende pagina voor meer informatie over deze natuurkundige concepten en gerelateerde onderwerpen.

gerelateerde artikelen

• Hoe paardenkracht werkt
• Hoe koppelomvormers werken
• Hoe achtbanen werken
• Hoe jojo's werken
• Hoe slingerklokken werken
• Physics of Power Quiz

Meer geweldige links

• Hefbomen en koppel - geïllustreerde uitleg
• Roterende beweging
• Off-Road.com Tech artikel: koppel en paardenkracht
• U.S. Naval Academy: Torque Review
• The Vector Cross Product - Een interactieve JAVA-zelfstudie
• Hoe bereken ik het koppel dat nodig is om ... ?
• Online potentiële / kinetische energie-applet
• Insurance Institute for Highway Safety, Highway Loss Data Institute: Vehicle Ratings
• Hoe werd de vergelijking voor kinetische energie geformuleerd??
• Vraag een wetenschapper: kinetische energie
• Fysica onderwijzen en leren met interactieve video
• Een inleiding tot kinetische energie, G-kracht en snelheidsverandering