Kies in het printvenster “Opslaan als pdf” om een kopie op je apparaat te bewaren.
1Formules en methoden
Kinematica
Snelheid
v = v0 + a·t
Verplaatsing
s = v0·t + ½·a·t²
Zonder tijd
v² = v0² + 2·a·s
Eenheden
1 m/s = 3,6 km/h
Methode
Noteer wat je weet: v₀, v, a, t en s, met eenheden.
Kies de vergelijking met je drie bekenden en de onbekende.
Kies één positieve richting en geef tegengestelde grootheden een minteken.
Los op en controleer of het antwoord fysisch zinvol is.
Wetten van Newton
Tweede wet
ΣF = m·a
Gewicht
W = m·g
Kinetische wrijving
Ff = μ·N
Op een helling
langs: m·g·sin θ, loodrecht: m·g·cos θ
Methode
Teken een vrijlichaamsschema met elke kracht op het lichaam.
Kies een positieve richting langs de beweging.
Ontbind krachten in componenten langs en loodrecht op de beweging (op een helling: m·g·sin θ langs, m·g·cos θ de helling in).
Pas ΣF = m·a toe langs de beweging; wrijving is μ·N tegen de beweging in.
Kogelbaan
Componenten
vx = v0cos θ, vy = v0sin θ
Positie
x = vxt, y = h + vyt − ½gt²
Maximale hoogte
H = h + vy²/(2g)
Worpafstand (vlakke grond)
R = v0²·sin 2θ/g
Methode
Ontbind de beginsnelheid in componenten: vx = v₀·cos θ en vy = v₀·sin θ.
De horizontale beweging heeft een constante snelheid; de verticale beweging heeft versnelling −g.
Bepaal de vluchttijd uit de verticale beweging.
Gebruik die tijd in de horizontale beweging om de dracht te vinden.
Cirkelbeweging
Centripetale versnelling
a = v²/r = ω²·r
Centripetale kracht
F = m·v²/r
Hoeksnelheid
ω = v/r = 2π/T
Vlakke bocht, wrijving
vmax = √(μ·g·r)
Arbeid en energie
Kinetische energie
Ek = ½mv²
Potentiële energie
Ep = mgh
Energiebalans
Ek1 + Ep1 + W = Ek2 + Ep2 + losses
Wrijvingsarbeid
W = μ·N·d
Vermogen
P = W/t
Impuls en botsingen
Impuls
p = m·v
Behoud
Σm·v (before) = Σm·v (after)
Volkomen inelastisch
v′ = (m1v1 + m2v2)/(m1 + m2)
Stoot
J = F·Δt = m·Δv
Methode
Kies een positieve richting en geef elke snelheid haar teken.
Schrijf de totale impuls vooraf op: Σm·v.
Bij een volkomen inelastische botsing bewegen de lichamen daarna samen; bij een elastische botsing blijft ook de kinetische energie behouden.
Stel de impuls vooraf gelijk aan de impuls achteraf en los op.
Veren en slingers
Massa aan een veer
T = 2π·√(m/k)
Slinger
T = 2π·√(L/g)
Hoekfrequentie
ω = √(k/m) = 2π/T
Maximale snelheid en versnelling
vmax = A·ω, amax = A·ω²
Energie
E = ½·k·A²
Golven, geluid & optica
Golfsnelheid
v = fλ, T = 1/f
Snaar
v = √(T/μ), μ = m/L
Geluidsniveau
β = 10·log10(I/I0), I0 = 10⁻¹² W/m²
Puntbron
I = P/(4πr²)
Staande golven
snaar of aan beide kanten open buis fn = n·v/(2L); aan één kant gesloten buis fn = n·v/(4L), n oneven
Dopplereffect
f′ = f·(v ± vo)/(v ∓ vs)
Brekingsindex
n = c/v, λ = λ0/n
Wet van Snellius
n1sin θ1 = n2sin θ2
Kritieke hoek
sin θc = n2/n1
Glasvezel
NA = sin θa = √(n1² − n2²)
Lenzen en spiegels
1/f = 1/do + 1/di, m = −di/do, mirror f = R/2
Dubbele spleet
d·sin θ = mλ, ym = mλL/d
Tralie
d = 1/N, d·sin θ = mλ, mmax ≤ d/λ
Enkele spleet
a·sin θ = mλ (dark), w = 2λL/a
Methode
Bepaal het soort opgave: golfsnelheid, geluidsniveau, staande golf, Doppler, breking, lens of spiegel, of interferentie.
Schrijf eerst de formule op: v = fλ, β = 10·log(I/I₀), fₙ = n·v/(2L) of n·v/(4L), f′ = f(v ± vo)/(v ∓ vs), n₁sin θ₁ = n₂sin θ₂, 1/f = 1/d₀ + 1/dᵢ, d·sin θ = mλ.
Reken eenheden om: nm, mm en cm naar m, en controleer of hoeken vanaf de normaal worden gemeten.
Controleer tekens en aannemelijkheid: een virtueel beeld heeft dᵢ < 0, een naderende bron klinkt hoger, een aan één kant gesloten buis heeft alleen oneven harmonischen.
2Oefenopgaven
1.KinematicaGemiddeld
Een auto die met 100 km/h rijdt, remt met een constante vertraging van 3 m/s² tot hij stilstaat. Bereken de remweg s.
v₀ = 100 km/ha = −3 m/s²v = 0
s = m
2.KinematicaMoeilijk
Een tram vertrekt vanuit stilstand en versnelt 12 s lang met 2,5 m/s², rijdt daarna 7 s met constante snelheid en remt ten slotte af met 5 m/s² tot hij stilstaat. Vind de totale afstand s tussen de twee haltes.
a1 = 2,5 m/s²t1 = 12 st2 = 7 sa3 = −5 m/s²
s = m
3.Wetten van NewtonGemiddeld
Een doos van 25 kg wordt met constante snelheid een helling onder 25° met de horizontaal op geduwd, door een kracht evenwijdig aan de helling. De kinetische wrijvingscoëfficiënt is 0,25. Gebruik g = 9,81 m/s². Vind de duwkracht F.
m = 25 kgθ = 25°μ = 0,25g = 9,81 m/s²
F = N
4.Wetten van NewtonMoeilijk
Een blok van 4 kg op een horizontale tafel is via een licht touw over een wrijvingsloze katrol verbonden met een hangende massa van 2 kg. De kinetische wrijvingscoëfficiënt tussen blok en tafel is 0,3. Gebruik g = 9,81 m/s². Bereken de versnelling a van het systeem.
m1 = 4 kgm2 = 2 kgμ = 0,3g = 9,81 m/s²
a = m/s²
5.KogelbaanGemiddeld
Een bal wordt vanaf vlakke grond weggetrapt met 10 m/s onder 70° boven de horizontaal, naar een muur op 5 m afstand. Verwaarloos de luchtweerstand en gebruik g = 9,81 m/s². Op welke hoogte y passeert de bal de muur?
v₀ = 10 m/sθ = 70°x = 5 mg = 9,81 m/s²
y = m
6.KogelbaanMoeilijk
Een bal wordt onder 15° boven de horizontaal vanaf de top van een 30 m hoge klif weggeschoten. Verwaarloos luchtweerstand. Vind de horizontale afstand x die de bal aflegt voordat hij de grond raakt.
v0 = 21 m/sθ = 15°h = 30 mg = 9,81 m/s²
x = m
7.CirkelbewegingGemiddeld
Een klein balletje aan een touwtje met lengte 0,4 m beweegt in een horizontale cirkel, zodat het touwtje een constante hoek van 50° met de verticaal maakt (een kegelslinger). Gebruik g = 9,81 m/s². Vind de tijd T voor één omwenteling.
L = 0,4 mθ = 50°g = 9,81 m/s²
T = s
8.CirkelbewegingMoeilijk
Een karretje van 3,5 kg wordt vanuit rust losgelaten op een hoogte van 26,1 m op een wrijvingsloze baan en rijdt door een verticale looping met straal 9 m. Gebruik g = 9,81 m/s². Vind de normaalkracht Ntop van de baan op het karretje bovenaan de looping.
m = 3,5 kgh = 26,1 mR = 9 mg = 9,81 m/s²
Ntop = N
9.Arbeid en energieGemiddeld
Een blok van 10 kg glijdt 3 m een helling af onder 20° met de horizontaal, met een kinetische wrijvingscoëfficiënt van 0,2. Vind de arbeid Wf tegen de wrijving.
m = 10 kgθ = 20°μ = 0,2d = 3 mg = 9,81 m/s²
Wf = J
10.Arbeid en energieMoeilijk
Een blok van 0,5 kg wordt vanuit rust losgelaten op hoogte 3 m op een gladde helling. Onderaan steekt het een ruwe horizontale strook van 5 m over (μ = 0,15) en loopt daarna tegen een veer (k = 5000 N/m) op een glad oppervlak. Vind de snelheid v van het blok als het de veer bereikt.
m = 0,5 kgh = 3 mL = 5 mμ = 0,15k = 5000 N/mg = 9,81 m/s²
v = m/s
11.Impuls en botsingenGemiddeld
Een karretje van 3,5 kg dat met 9 m/s rijdt, botst volkomen elastisch en frontaal op een stilstaand karretje van 0,5 kg op een wrijvingsloze baan. Bereken de snelheid v′2 van het tweede karretje na de botsing.
m1 = 3,5 kgm2 = 0,5 kgv1 = 9 m/sv2 = 0
v′2 = m/s
12.Impuls en botsingenMoeilijk
Op een kruispunt botst een auto van 1400 kg die met 14 m/s naar het oosten rijdt op een auto van 1300 kg die met 18 m/s naar het noorden rijdt. De auto’s haken in elkaar. Vind de snelheid v′ van het wrak direct na de botsing.
m1 = 1400 kgv1 = 14 m/s (E)m2 = 1300 kgv2 = 18 m/s (N)
v′ = m/s
13.Veren en slingersGemiddeld
Een mathematische slinger heeft een lengte van 0,4 m. Gebruik g = 9,81 m/s². Bereken de slingertijd T bij kleine uitwijkingen.
L = 0,4 mg = 9,81 m/s²
T = s
14.Veren en slingersMoeilijk
Een massa van 3 kg aan een veer met k = 470 N/m wordt 13 cm uit de evenwichtsstand getrokken en losgelaten. Bereken de maximale snelheid vmax.
m = 3 kgk = 470 N/mA = 13 cm
vmax = m/s
15.Golven, geluid & opticaGemiddeld
Een voorwerp staat 6 cm voor een dunne divergerend lens met een brandpuntsafstand van 25 cm. Bepaal de beeldafstand di. Gebruik de tekenconventie 1/f = 1/do + 1/di (f < 0 voor een divergerende lens, di < 0 voor een virtueel beeld).
do = 6 cmf = −25 cm
di = cm
16.Golven, geluid & opticaMoeilijk
Twee dunne lenzen delen een as, 60 cm van elkaar: lens 1 met f₁ = 12 cm en lens 2 met f₂ = 20 cm. Een voorwerp staat 20 cm voor lens 1. Bepaal de positie di2 van het uiteindelijke beeld gemeten vanaf lens 2 (positief voorbij lens 2, reëel-is-positief-conventie).
f1 = 12 cmf2 = 20 cms = 60 cmdo = 20 cm
di2 = cm
3Oplossingen
1.Kinematica
Antwoord: s = 128,6 m
Beweging met constante versnelling: v = v₀ + a·t, s = v₀·t + ½·a·t² en v² = v₀² + 2·a·s. Kies de formule die de drie bekende grootheden en de gezochte grootheid bevat, en houd de tekens consequent bij één positieve richting.
Eenheden
v₀ = 100/3,6 = 27,78 m/s
Remweg
0 = v₀² − 2·a·s → s = v₀²/(2a) = 27,78²/(2·3) = 128,6 m
Antwoord
s = 128,6 m
2.Kinematica
Antwoord: s = 480 m
Motion with constant acceleration: v = v₀ + a·t, s = v₀·t + ½·a·t² and v² = v₀² + 2·a·s. Pick the equation that contains the three things you know and the one you want, and keep the signs consistent with one positive direction.
Topsnelheid
v = a1·t1 = 2,5·12 = 30 m/s
Afstand per fase
s1 = ½·2,5·12² = 180 m
s2 = 30·7 = 210 m
s3 = 30²/(2·5) = 90 m
Totale afstand
s = 180 + 210 + 90 = 480 m
Antwoord
s = 480 m
3.Wetten van Newton
Antwoord: F = 159,2 N
Newton’s second law: the net force on a body equals its mass times its acceleration, ΣF = m·a. Draw a free-body diagram, choose a positive direction along the motion, and add every force in that direction: applied forces, friction μ·N against the motion, and the components of gravity.
Krachten langs de helling
Constante snelheid: de krachten zijn in evenwicht.
F = m·g·sin θ + μ·m·g·cos θ
Duwkracht
F = 103,6 + 55,57 = 159,2 N
Antwoord
F = 159,2 N
4.Wetten van Newton
Antwoord: a = 1,308 m/s²
Tweede wet van Newton: de resulterende kracht op een lichaam is gelijk aan de massa maal de versnelling, ΣF = m·a. Teken een vrijlichaamsschema, kies een positieve richting langs de beweging en tel alle krachten in die richting op: uitgeoefende krachten, de wrijving μ·N tegen de beweging in, en de componenten van de zwaartekracht.
Projectile motion: with no air resistance, x = vxt and y = h + vyt − ½gt². The two directions are independent except that they share the same time.
Tijd tot de muur
vx = 10·cos 70° = 3,42 m/s
t = x/vx = 5/3,42 = 1,462 s
Hoogte op dat moment
y = 9,397·1,462 − ½·9,81·1,462² = 3,255 m
Antwoord
y = 3,255 m
Bij de muur is de bal al op weg omlaag.
6.Kogelbaan
Antwoord: x = 62,65 m
Kogelbaan: zonder luchtweerstand geldt x = vxt en y = h + vyt − ½gt². De twee richtingen zijn onafhankelijk, behalve dat ze dezelfde tijd delen.
Ontbind de beginsnelheid
De horizontale snelheid blijft constant; de verticale beweging heeft een constante versnelling g = 9,81 m/s² omlaag.
vx = v0·cos θ = 21·cos 15° = 20,28 m/s
vy = v0·sin θ = 21·sin 15° = 5,435 m/s
Vliegtijd
Los y(t) = h + vy·t − ½gt² = 0 op voor de positieve wortel.
0 = 30 + 5,435·t − 4,905·t²
t = (vy + √(vy² + 2gh))/g = (5,435 + √(29,54 + 588,6))/9,81 = 3,088 s
Horizontale afstand
x = vx·t = 20,28·3,088 = 62,65 m
Antwoord
x = 62,65 m
7.Cirkelbeweging
Antwoord: T = 1,017 s
Uniform circular motion: an object moving at speed v on a circle of radius r accelerates towards the centre with a = v²/r, so it needs a net inward force F = m·v²/r. That force is supplied by something real: friction, tension, gravity or a normal force.
Straal van de cirkel
r = L·sin θ = 0,4·sin 50° = 0,3064 m
Snelheid
Spankracht en zwaartekracht geven samen de kracht naar binnen: tan θ = v²/(r·g).
v = √(r·g·tan θ) = √(0,3064·9,81·tan 50°) = 1,893 m/s
Trillingstijd
T = 2π·r/v = 2π·0,3064/1,893 = 1,017 s
Antwoord
T = 1,017 s
8.Cirkelbeweging
Antwoord: Ntop = 27,47 N
Uniform circular motion: an object moving at speed v on a circle of radius r accelerates towards the centre with a = v²/r, so it needs a net inward force F = m·v²/r. That force is supplied by something real: friction, tension, gravity or a normal force.
Snelheid uit behoud van energie
v² = 2·9,81·(26,1 − 2·9) = 158,9 m²/s²
Krachten
Naar het middelpunt is positief.
N = m·v²/R − m·g = 3,5·158,9/9 − 34,34 = 27,47 N
Antwoord
Ntop = 27,47 N
9.Arbeid en energie
Antwoord: Wf = 55,31 J
Arbeid-energiestelling: de verandering van kinetische energie is gelijk aan de arbeid van alle krachten. Door zwaartekracht en veren als potentiële energie te schrijven (mgh en ½kx²) wordt dit een balans: beginenergie = eindenergie + energie verloren aan wrijving (μN·d).
Wrijvingskracht
N = mg·cos θ = 98,1·0,9397 = 92,18 N
F = μN = 0,2·92,18 = 18,44 N
Arbeid tegen de wrijving
Wf = F·d = 18,44·3 = 55,31 J
Antwoord
Wf = 55,31 J
10.Arbeid en energie
Antwoord: v = 6,644 m/s
Arbeid-energiestelling: de verandering van kinetische energie is gelijk aan de arbeid van alle krachten. Door zwaartekracht en veren als potentiële energie te schrijven (mgh en ½kx²) wordt dit een balans: beginenergie = eindenergie + energie verloren aan wrijving (μN·d).
Overgebleven energie na de ruwe strook
De helling is glad, dus alleen de strook neemt energie weg.
mgh − μmgL = 4,905·(3 − 0,15·5) = 11,04 J
Snelheid bij de veer
½mv² = mg(h − μL) → v = √(2g(h − μL)) = √(2·9,81·2,25) = 6,644 m/s
Antwoord
v = 6,644 m/s
11.Impuls en botsingen
Antwoord: v′2 = 15,75 m/s
Behoud van impuls: als er tijdens een botsing geen externe kracht werkt, is de totale impuls Σm·v vóór de botsing gelijk aan die erna. Snelheden hebben een richting, dus kies een positieve richting en geef snelheden in de andere richting een minteken. Bij een elastische botsing blijft ook de kinetische energie behouden; bij een volkomen inelastische botsing blijven de lichamen aan elkaar vast zitten.
Elastische botsing met een stilstaand doel
Behoud van impuls en energie samen oplossen geeft deze twee resultaten.
v′1 = (3,5 − 0,5)/(3,5 + 0,5)·9 = 6,75 m/s
v′2 = 2·3,5/(3,5 + 0,5)·9 = 15,75 m/s
Antwoord
v′2 = 15,75 m/s
12.Impuls en botsingen
Antwoord: v′ = 11,31 m/s
Conservation of momentum: when no external force acts during a collision, the total momentum Σm·v before equals the total after. Velocities have a direction, so pick a positive direction and give velocities the other way a minus sign. In an elastic collision kinetic energy is conserved too; in a perfectly inelastic one the bodies stick together.
Harmonische trilling: een massa m aan een veer met veerconstante k trilt met hoekfrequentie ω = √(k/m) en trillingstijd T = 2π/ω = 2π·√(m/k). Een mathematische slinger met lengte L heeft T = 2π·√(L/g). Bij amplitude A is de grootste snelheid A·ω, de grootste versnelling A·ω² en de energie ½·k·A².
Slingertijd
T = 2π·√(0,4/9,81) = 1,269 s
Antwoord
T = 1,269 s
14.Veren en slingers
Antwoord: vmax = 1,627 m/s
Harmonische trilling: een massa m aan een veer met veerconstante k trilt met hoekfrequentie ω = √(k/m) en trillingstijd T = 2π/ω = 2π·√(m/k). Een mathematische slinger met lengte L heeft T = 2π·√(L/g). Bij amplitude A is de grootste snelheid A·ω, de grootste versnelling A·ω² en de energie ½·k·A².
Hoekfrequentie
ω = √(470/3) = 12,52 rad/s
Maximale snelheid
vmax = A·ω = 0,13·12,52 = 1,627 m/s
Antwoord
vmax = 1,627 m/s
15.Golven, geluid & optica
Antwoord: di = −4,839 cm
Geometrische optica: aan een grensvlak geldt n₁·sin θ₁ = n₂·sin θ₂ (wet van Snellius), met hoeken gemeten vanaf de normaal en n = c/v. Bij overgang naar een trager medium buigt de straal naar de normaal toe. Vanuit een dichter medium (n₁ > n₂) wordt voorbij de kritieke hoek θc = arcsin(n₂/n₁) al het licht gereflecteerd: totale interne reflectie. Dunne lenzen en bolle of holle spiegels gehoorzamen aan 1/f = 1/do + 1/di met de vergroting m = −di/do. Tekenconventie: f > 0 voor een convergerende lens en een holle spiegel (f = R/2), f < 0 voor een divergerende lens en een bolle spiegel; di > 0 voor een reëel beeld, di < 0 voor een virtueel beeld, en m < 0 voor een omgekeerd beeld.
Dunne-lensvergelijking
1/di = 1/f − 1/do = 1/(−25) − 1/6
di = −4,839 cm
Stralendiagram
virtueel, aan dezelfde kant als het voorwerp
Antwoord
di = −4,839 cm
16.Golven, geluid & optica
Antwoord: di2 = 60 cm
Geometrische optica: aan een grensvlak geldt n₁·sin θ₁ = n₂·sin θ₂ (wet van Snellius), met hoeken gemeten vanaf de normaal en n = c/v. Bij overgang naar een trager medium buigt de straal naar de normaal toe. Vanuit een dichter medium (n₁ > n₂) wordt voorbij de kritieke hoek θc = arcsin(n₂/n₁) al het licht gereflecteerd: totale interne reflectie. Dunne lenzen en bolle of holle spiegels gehoorzamen aan 1/f = 1/do + 1/di met de vergroting m = −di/do. Tekenconventie: f > 0 voor een convergerende lens en een holle spiegel (f = R/2), f < 0 voor een divergerende lens en een bolle spiegel; di > 0 voor een reëel beeld, di < 0 voor een virtueel beeld, en m < 0 voor een omgekeerd beeld.