Skip to main content
Docentenportaal

Achtergrond

Eenvoudige machines zijn belangrijk in het dagelijks leven en vind je terug in huis, op school of op het schoolplein. Eenvoudige machines zijn gereedschappen waarvan de grootte en/of richting van de kracht kan worden aangepast om het werk gemakkelijker te maken. Met behulp van eenvoudige machines kunnen gewone mensen grote stenen optillen, blokken over grote afstanden verplaatsen en zelfs piramides bouwen.

In deze eenheid maken studenten kennis met de natuurkundige concepten van kracht en arbeid, en vier typen eenvoudige machines: hellend vlak, wiel en as, hefboom en tandwielen. Leerlingen kunnen onderzoeken hoe kracht kan worden toegepast om werk gemakkelijker te maken met behulp van 4 bouwwerken met de volgende eenvoudige machines: een hellend vlak, een balanceerhefboom, een veerwagen en een klok. Studenten krijgen bovendien inzicht in gereedschappen die al sinds de oudheid worden gebruikt en vandaag de dag nog steeds worden gebruikt.

VEX GO Hellend Vlak Bouw

Wat is een eenvoudige machine?

eenvoudige machine is een gereedschap waarmee de grootte en richting van een kracht kan worden veranderd om een object te verplaatsen. Eenvoudige machines zijn apparaten met weinig of geen bewegende onderdelen, waardoor het werk eenvoudiger wordt. Eenvoudige machines bestaan al duizenden jaren en zijn nog steeds nuttig. In deze eenheid maken studenten kennis met vier soorten eenvoudige machines: hellend vlak, wiel en as, hefboomen tandwielen.

Hellend vlak Hefboom Wiel & As Versnelling
Het hellende vlak is een gekanteld oppervlak dat gebruikt wordt om een voorwerp omhoog of omlaag te brengen. Een beweegbare staaf die aan een draaipunt is bevestigd of daarop is geplaatst, ook wel een draaipunt genoemd. Maakt het verplaatsen van dingen eenvoudig door ze te rollen, waardoor de wrijving wordt verminderd. Een wiel met tanden aan de randen, dat wordt gebruikt om kracht over te brengen, te vergroten of te verkleinen.
Tekening van een persoon die een groot rond voorwerp een steile heuvel op duwt, met een pijl die horizontaal naar links wijst in de richting van het voorwerp. Deze pijl geeft de richting aan van de kracht die wordt gebruikt om het voorwerp het hellende vlak op te duwen. Tekening van een persoon die naast een weegschaal staat en op de linkerkant drukt. Aan de rechterkant staat een aambeeld. Een pijl die naar beneden wijst op de plek waar de persoon drukt, geeft de richting aan van de kracht die nodig is om de weegschaalhendel in evenwicht te houden. Een tekening van een rond wiel op het uiteinde van een lange, deuvelachtige as, met pijlen die om de as en het wiel heen zijn gewikkeld en de bewegingsrichting van beide aangeven. Er worden twee blauwe tandwielen naast elkaar weergegeven, waarbij een deel van de tanden in elkaar grijpt. Dit geeft aan hoe het draaien van het ene tandwiel het andere tandwiel laat bewegen.

Wat is kracht?

Kracht is een duw of trek tegen een object. Wanneer er een kracht op een voorwerp wordt uitgeoefend en die kracht ook nog eens niet wordt tegengewerkt, zal de snelheid of de richting van het voorwerp veranderen. Met kracht verplaatsen we dingen om ons heen. In deze unit werken we met verschillende vormen van kracht, waaronder toegepaste kracht, evenwichtskrachten en onevenwichtskrachten.

Toegepaste kracht

Met een toegepaste kracht wordt een kracht bedoeld die op een object wordt uitgeoefend. Als u uw stoel door de kamer zou duwen, oefent u kracht uit op de stoel.

Er zijn zowel evenwichtige als onevenwichtige krachten. Krachten die gelijk zijn, maar in tegengestelde richting, worden evenwichtskrachten genoemd. Krachten die in evenwicht zijn, zorgen er niet voor dat een object beweegt.

Een tekening heeft 3 grote vierkante vakken in het midden. Rechts duwt een kind nog een doos naar de stapel. Rechts is een kind te zien met een touw vastgebonden aan het handvat van een van de dozen in de stapel en hij trekt de doos voort.

Gelijkwaardige en onevenwichtige krachten

Krachten die gelijk zijn, maar in tegengestelde richting, worden evenwichtskrachten genoemd. Krachten die in evenwicht zijn, zorgen er niet voor dat een object beweegt. Een voorbeeld van een machtsevenwicht zijn twee groepen mensen die touwtrekken met evenveel kracht. Hierdoor blijft het touw op zijn plaats, omdat de tegengestelde krachten die aan beide kanten worden uitgeoefend, even groot zijn.

Een tekening van een rood team van drie personen links en een blauw team van drie personen rechts, die een touwtrekspel spelen. Ze trekken aan een touw en proberen één kant voorbij de middenlijn te krijgen.

Krachten die niet in evenwicht zijn, zorgen er echter voor dat een object of meerdere objecten bewegen. Stel dat een van de teams in onze touwtrekwedstrijd harder trekt dan het andere team, dan zijn de krachten niet langer gelijk. Één team zou het andere team in de richting van de grotere kracht kunnen trekken.

Onevenwichtige krachten veroorzaken een verandering in de beweging van het voorwerp waarop de kracht wordt uitgeoefend. Eenvoudige machines zoals de hellende schaafmachine gebruiken een onevenwichtige kracht om het werk gemakkelijker te maken. Het is bijvoorbeeld bekend dat objecten versneld naar beneden bewegen op een hellend vlak, vanwege een onevenwicht in de zwaartekracht.

Zwaartekracht

De zwaartekracht is de kracht waarmee de aarde, de maan of een ander groot object een ander object naar zich toe trekt. Per definitie is dit het gewicht van het object. Alle objecten op aarde ondervinden een zwaartekracht die "naar beneden" gericht is, naar het middelpunt van de aarde.

In het midden is de aarde getekend, met daaromheen twee concentrische ringen. Boven en onder op de afbeelding staan twee kinderen, één op elke paal. Er zijn vier rode pijlen die vanuit de vier hoeken naar de aarde wijzen. Deze pijlen geven de zwaartekracht aan.

Wat is Werk?

In de wetenschap is arbeid het gebruik van kracht om een object vanaf een vast startpunt te verplaatsen. Eenvoudige machines maken het werk (het verplaatsen van objecten) gemakkelijker.

De wetenschappelijke definitie van werk is de hoeveelheid kracht die op een object wordt uitgeoefend, vermenigvuldigd met de afstand waarover het object wordt verplaatst. Arbeid bestaat dus uit kracht en afstand. Elke taak vergt een bepaalde hoeveelheid werk en deze hoeveelheid verandert niet. Dus de kracht vermenigvuldigd met de afstand levert altijd evenveel werk op. Dit betekent dat als je iets over een kleinere afstand verplaatst, je een grotere kracht moet uitoefenen. Als u daarentegen minder kracht wilt uitoefenen, moet u de beweging over een grotere afstand uitvoeren. Dit is een afweging tussen kracht en afstand.

Er worden drie situaties naast elkaar getoond, met een auto op een schuine hellingbaan naar een verhoogd oppervlak. Helemaal links is de helling 30 graden. Een groene hoekmarkering tussen de helling en de grond geeft de hellingshoek aan. In het midden heeft de helling een hoek van 45 graden, aangegeven met de groene hoekmarkering, en de auto staat in een steilere hoek. Helemaal rechts is de helling 60 graden, aangegeven met een groene hoekmarkering. De auto staat in de steilste hoek.

Wat is mechanisch voordeel?

Mechanisch voordeel houdt in dat er minder kracht nodig is om dezelfde hoeveelheid werk te verrichten, omdat er een eenvoudige machine wordt gebruikt om de toegepaste kracht te vergroten en de richting ervan te veranderen. Het mechanische voordeel kan worden aangepast om aan specifieke behoeften te voldoen. Twee soorten mechanische voordelen zijn snelheid en koppel.

Wat is koppel?

Koppel is een mechanisch voordeel dat de output van een aangedreven tandwiel of machine krachtiger maakt. Koppel ontstaat als er een kracht wordt gebruikt om een object te laten draaien of stoppen, zoals bij het laten draaien van tandwielen en bij het gedeeltelijk draaien van een hendel. Bekijk de onderstaande animatie om te zien hoe een kleiner tandwiel een groter tandwiel aandrijft, zodat er meer koppel ontstaat.

Wat is snelheid?

Snelheid is de afstand die een object in de loop van de tijd aflegt en is een mechanisch voordeel dat de uitvoer van het aangedreven tandwiel of de aangedreven machine sneller maakt. Bij versnellingen is snelheid omgekeerd evenredig met koppel. Als de gewenste snelheid in de uitgang gewenst is, moet het koppel verlaagd worden. Het omgekeerde geldt ook: als er meer koppel of vermogen gewenst is, dan zal de snelheid afnemen. Bekijk de onderstaande animatie om te zien hoe een groter tandwiel een kleiner tandwiel aandrijft, waardoor een hogere snelheid ontstaat.

< Terug Terug naar Labs Volgende >