Aan het eind van de 17e eeuw publiceerde Sir Isaac Newton 'Principia Mathematica', een boek dat de werelden van wiskunde en natuurkunde met elkaar verbond. Naast andere belangrijke ideeën beschreef hij de tweede bewegingswet - dat kracht gelijk is aan massa maal versnelling of f = ma. Hoewel het op het eerste gezicht eenvoudig lijkt, heeft de wet verschillende belangrijke implicaties, waaronder hoe objecten op aarde en in de ruimte bewegen. Fundamentele wetten zoals deze hebben wetenschappers in staat gesteld om de natuur nauwkeurig te onderzoeken en ingenieurs om machines te bouwen die werken.
TL; DR (te lang; niet gelezen)
Kracht is gelijk aan massa maal versnelling of f = ma.
Betekenis van kracht
Kracht is een fysieke hoeveelheid waarmee je in het dagelijks leven te maken hebt. Er is kracht nodig om een deur te openen, een kind op te tillen of een ei te kraken. Het is een trek- of duwkracht die door het ene object op het andere wordt uitgeoefend; de objecten kunnen van alles zijn, van protonen en elektronen tot planeten en sterrenstelsels. Het trekken of duwen kan komen van direct contact of, in het geval van zwaartekracht, elektriciteit en magnetisme, van een afstand. Wetenschappers meten kracht in eenheden die newton worden genoemd, waarbij één newton de kracht is die nodig is om een massa van 1 kilogram met één meter per seconde in het kwadraat te versnellen.
Betekenis van versnelling
Wanneer een hockeypuck over het ijs glijdt, doet hij dat met een vrij constante snelheid totdat hij het doel of de stick van een speler raakt. Hoewel het beweegt, versnelt het niet. Versnelling komt alleen van een verandering in snelheid. Wanneer een object snelheid wint, is zijn versnelling positief; wanneer snelheid verloren gaat, is de versnelling negatief. U meet snelheid in eenheden van afstand gedeeld door tijd, zoals mijlen per uur of meters per seconde. Versnelling is de verandering in snelheid gedeeld door de tijd die de snelheid nodig heeft om te veranderen, dus het is meter per seconde per seconde, of meter per seconde in het kwadraat.
Betekenis van Massa
De massa van een object is een maat voor hoeveel materie het bevat. Een rubberen bal heeft minder massa dan een loden bal van dezelfde grootte omdat er minder materie in zit, minder atomen en minder protonen, neutronen en elektronen waaruit de atomen bestaan. Mass verzet zich ook tegen de inspanning om het te duwen of te trekken; een pingpongbal is gemakkelijk op te pakken en te gooien; een vuilniswagen niet. De vrachtwagen is vele duizenden keren massiever dan de pingpongbal. De standaardeenheid voor massa is de kilogram, ongeveer 2,2 pond.
Scalaren en vectoren
Massa is een eenvoudig soort grootheid. Je kunt grote massa's hebben, kleine massa's en tussenliggende massa's. Dat is het zo'n beetje. Wetenschappers noemen eenvoudige grootheden scalairen omdat één getal het zal beschrijven. Kracht en versnelling zijn echter ingewikkelder. Ze hebben zowel een maat als een richting. Een weersvoorspeller op tv heeft het bijvoorbeeld over een wind die uit het westen komt met een snelheid van 20 mijl per uur. Dit is de snelheid (snelheid) vector van de wind. Om een kracht of versnelling volledig te beschrijven, heb je zowel de hoeveelheid als de richting nodig. Op een besneeuwde dag trek je bijvoorbeeld een kinderslee in voorwaartse richting met een kracht van 50 Newton, en deze versnelt in dezelfde richting met 0,5 meter per seconde in het kwadraat.
Betekenis van kracht, massa en versnelling
De tweede bewegingswet van Newton lijkt eenvoudig genoeg: duw op een object met een bepaalde massa en het versnelt op basis van de hoeveelheid kracht en massa. Een kleine kracht met een grote massa resulteert in een langzame versnelling, en een grote kracht met een kleine massa geeft een snelle versnelling. Wat gebeurt er als er geen kracht is? Een kracht van nul op een massa geeft nul versnelling. Als het object stilstaat, blijft het stil; als het beweegt, blijft het met dezelfde snelheid en richting bewegen. Houd er rekening mee dat er meerdere krachten tegelijk bij betrokken kunnen zijn. Je knoopt bijvoorbeeld een touw om een rotsblok en trekt met al je kracht. Er zijn kracht en massa, maar het rotsblok beweegt niet, dus de versnelling is nul. De wrijvingskracht tussen het rotsblok en de grond heft de kracht van je trekkracht op. Je hebt een veel grotere kracht nodig, zoals van een tractor, om de kei te verplaatsen.