Natuurkunde

Zeven cursussen, van geworpen bal tot motor

Natuurkunde begint hier bij dingen die je kunt zien bewegen en eindigt bij de stromen en velden in een motor. De uitgewerkte voorbeelden en de meeste getallen komen uit OpenStax College Physics 2e, met constanten van NIST en enkele ruimtegegevens van NASA. Elke cursus rekent alles volledig uit. Elk hoofdstuk eindigt met een samenvatting en een quiz die de antwoorden uitlegt.

Beweging vóór krachten, krachten vóór energie

Begin met Beweging: positie, snelheid, versnelling, bewegingsgrafieken, vrije val, worpen en luchtweerstand, in zeven hoofdstukken. Krachten pakt de vragen op die Beweging openlaat, met de drie wetten van Newton, wrijving, gewicht en de slinger. Energie gaat daarna dieper in op arbeid, kinetische en potentiële energie, behoud en vermogen.

De andere vier kunnen in willekeurige volgorde volgen. Golven en geluid behandelt golflengte en frequentie, geluid, interferentie, staande golven in snaren en buizen en het elektromagnetisch spectrum. Licht loopt langs schaduwen, spiegels, breking, lenzen en het oog, kleur, en de lange zoektocht naar de meting van de lichtsnelheid. Elektriciteit loopt van lading en de wet van Ohm naar serie- en parallelschakelingen, de energierekening en veiligheid, en Magnetisme van polen en veldlijnen naar het magnetisch veld van de aarde, elektromagneten, motoren en generatoren.

Berekeningen die je wilt kunnen maken

Verklaar waarom een auto bij 100 km/h vier keer zoveel kinetische energie heeft als bij 50 km/h. Bereken dat een bal die met 20 m/s onder 45° wordt weggegooid 2.9 seconden in de lucht blijft en ongeveer 41 m ver landt. Leg uit waarom iemand van 70 kg op aarde ongeveer 687 N weegt en op de maan 113 N, bij dezelfde massa. Meet de slingertijd van een slinger van 99.4 cm: 2 seconden per slingering. Reken een tijd van 3 seconden tussen bliksem en donder om naar een afstand van ongeveer 1 km.

Vier labs die de formules uitvoeren

Het bewegingslab lanceert een bal op aarde, de maan of Mars en laat een slinger zwaaien waarvan het de tijd opneemt als een stopwatch. Het energielab laat een achtbaan rijden met balken voor potentiële energie, kinetische energie en warmte, en in de cursus Magnetisme tekent een lab veldlijnen rond magneten en een spoel waarvan je het aantal windingen en de stroom instelt. In het schakelingenlab sluit je schakelaars, sleep je lampjes in openingen en zie je een zekering doorbranden als drie lampjes 1.5 A door een zekering van 1 A trekken. Het golflab tekent touwen, veren, geluid in een buis en een golfbak en volgt stralen door water, glas en lenzen met de wet van Snellius.

Gezond verstand dat natuurkunde weerlegt

Een zwaarder voorwerp valt niet sneller zodra er geen lucht meer is, en de hamer en de veer die in 1971 op de maan werden laten vallen laten dat zien. Sneller aan een touw schudden maakt de golf niet sneller; het touw bepaalt de snelheid. Een negatieve versnelling betekent niet altijd dat iets vertraagt. Een tas stilhouden verricht in natuurkundige zin geen arbeid, hoe moe je arm ook wordt. De magnetische pool bij de geografische Noordpool is, in magneettermen, een zuidpool. En een spiegel die maar half zo hoog is als jij toont je hele lichaam, waar je ook staat.