edubun
Nederlands
English한국어EspañolPortuguêsFrançaisDeutschItalianoNederlandsРусскийBahasa Indonesia日本語
Home›Natuurkunde

Energie

Arbeid, kinetische energie, potentiële energie, energiebehoud en vermogen, met uitgewerkte berekeningen. Het energielab laat een achtbaan rijden met energiebalken en een wrijvingsschuif. Je kunt er ook een last duwen of optillen om de arbeid en het vermogen te bekijken.

Voortgang

Over deze cursus

Een examen maken of een zware tas vasthouden voelt als hard werken, maar in de natuurkunde telt geen van beide als arbeid. Arbeid heeft een strikte betekenis: een kracht verricht alleen arbeid als een voorwerp beweegt, en alleen het deel van de kracht langs de beweging telt. Bij arbeid wordt energie overgedragen. Die verbinding maakt het begrip belangrijk.

De zes hoofdstukken behandelen wat energie is, arbeid als kracht maal afstand, kinetische energie, potentiële energie, energiebehoud en de achtbaan, en vermogen. Een tuinier duwt een grasmaaier met 75.0 N langs een handgreep die 35° onder de horizontaal staat over 25.0 m. De arbeid is 75.0 × 25.0 × cos 35° = 1536 J, of 0.37 kcal voedingsenergie. Kinetische energie bevat een kwadraat. Van 60 km/h naar 90 km/h is daarom 1.5 keer zo snel, maar de remweg wordt 2.25 keer zo lang. Reken de formule terug voor een tennisbal bij 100 km/h en ongeveer 22 J en je vindt 57 g, de massa van een echte tennisbal. In het energielab bestuur je een achtbaan met energiebalken en een wrijvingsschuif. Je duwt of tilt ook een last om arbeid en vermogen te zien.

In de achtbaan verandert potentiële energie bij het afdalen in kinetische en bij de volgende klim weer terug. Echte rails en lucht verrichten negatieve arbeid, zodat KE + PE geleidelijk afneemt. De energie verdwijnt niet: KE + PE + warmte blijft gelijk. Bij vermogen gebruik je 1 hp = 746 W en lees je dat een gloeilamp van 60 W maar ongeveer 5 W licht geeft.

Voor je begint

Arbeid is kracht maal afstand. Daarom is het nuttig te weten wat een newton is uit Krachten en wat snelheid is uit Beweging. In de formules staat een kwadraat voor kinetische energie en een cosinus bij één grasmaaieropgave. Voor de meeste antwoorden heb je een rekenmachine nodig.

Als je klaar bent

Je kunt arbeid uit een kracht en afstand berekenen, de kinetische energie van een auto bepalen en uitrekenen hoeveel potentiële energie je opslaat door een doos op te tillen of een veer in te drukken. Je kunt uitleggen waarom dubbele snelheid vier keer zoveel kinetische energie geeft, de snelheid van een achtbaan onderaan een heuvel voorspellen, het vermogen van iemand die de trap op rent vinden en het dagelijkse computergebruik in kWh uitdrukken.

  1. 1Wat energie isEén joule tilt een appel van 100 g circa 1 m op; een auto van 1000 kg bij 90 km/h bezit ongeveer 310 000 joule.
  2. 2Arbeid: kracht maal afstandEen grasmaaier 25 m duwen met 75 N onder een hoek van 35° onder de horizontaal verricht 1540 J arbeid, ongeveer een derde kilocalorie aan voedingsenergie.
  3. 3Kinetische energieEen auto bij 100 km/h heeft vier keer zoveel kinetische energie als bij 50 km/h.
  4. 4Potentiële energieEen gewicht van 0.500 kg in een koekoeksklok 1 m optillen slaat 4.90 J op. De klok gebruikt die energie terwijl het gewicht zakt.
  5. 5Energiebehoud en de achtbaanEen achtbaan die vanuit stilstand boven op een heuvel van 20.0 m vertrekt, bereikt onderaan 19.8 m/s als de wrijving verwaarloosbaar is, ongeacht de massa.
  6. 6Vermogen: hoe snel arbeid wordt verrichtEen vrouw van 60.0 kg rent 3.00 m trap op in 3.50 s en levert 538 W, iets minder dan één paardenkracht.

Verwante cursussen

  • Beweging
    Positie, baanafstand, snelheid en versnelling, daarna vallende en vliegende voorwerpen. Het bewegingslab lanceert een bal op Aarde, Maan of Mars en berekent voor je ogen tijd, hoogte en bereik.
  • Krachten
    Duwen, trekken, wrijving en zwaartekracht, en de drie wetten waarmee Newton kracht aan beweging koppelde. Laat in de bewegingssimulatie een slinger op de Aarde, de Maan of Mars bewegen en vergelijk de gemeten tijd met de formule.
  • Golven en geluid
    Wat een golf is, hoe golflengte, frequentie en snelheid samenhangen, hoe geluid reist, hoe golven worden opgeteld, waarom snaren en buizen vaste tonen laten horen, en het elektromagnetische spectrum. Je bekijkt in het Golflab touwen, veren, geluid in een buis, golfbakken en staande golven die worden berekend met dezelfde formules als in de lessen.
  • Licht
    Schaduwen en rechtlijnige lichtvoortplanting, spiegels, breking en totale terugkaatsing, lenzen en het oog, kleur en prisma's, en de lange zoektocht naar een meting van de lichtsnelheid. Je volgt in het Golflab lichtstralen door glas, water en lenzen met de wet van Snellius en de dunne-lensformule.
Bronnen van deze cursus (8)
  • OpenStax College Physics 2e (openstax.org/books/college-physics-2e): 7.1 Work: the scientific definition (W = F d cos θ, briefcase cases, 1 J = 1 N·m, 1 J lifts a 100 g apple about 1 m, lawn mower 75.0 N at 35° for 25.0 m = 1.54 × 10³ J, 1 kcal = 4186 J, under 10% of food energy goes into work)
  • 7.2 Kinetic energy and the work-energy theorem (KE = ½ m v², 30.0 kg package at 0.500 m/s = 3.75 J, 120 N push with 5.00 N friction over 0.800 m = 92.0 J net, final speed 2.53 m/s, a car at 100 km/h has four times the KE it has at 50 km/h)
  • 7.3 Gravitational potential energy (ΔPE = m g h, reference level, path independence, 0.500 kg cuckoo clock weight raised 1.00 m = 4.90 J, 60.0 kg person landing stiffly from 3.00 m, roller coaster 20.0 m hill: 19.8 m/s, and 20.4 m/s with a 5.00 m/s start, mass cancels)
  • 7.4 Conservative forces and potential energy (spring PE = ½ k x², 0.100 kg toy car, k = 250 N/m, 4.00 cm, 0.180 m rise)
  • 7.5 Nonconservative forces (friction turns mechanical energy into thermal energy)
  • 7.6 Conservation of energy (statement of the law, forms of energy, Table 7.1: 1000 kg car at 90 km/h 3.1 × 10⁵ J, tennis ball at 100 km/h 22 J, mosquito 1.3 × 10⁻⁶ J, daily food intake 1.2 × 10⁷ J, 1 gallon gasoline 1.2 × 10⁸ J, 1 g fat 3.9 × 10⁴ J; efficiency, Table 7.2: cycling and climbing 20%, swimming at the surface 2%, gasoline engine 30%, diesel 35%, coal power plant 42%, electric motor 98%, solar cell 10%)
  • 7.7 Power (P = W ÷ t, 1 W = 1 J/s, 1 hp = 746 W, 60.0 kg woman up 3.00 m stairs in 3.50 s reaching 2.00 m/s = 538 W, Table 7.3: Sun 4 × 10²⁶ W, car 8 × 10⁴ W, person at rest 100 W, heart at rest 8 W, clothes dryer 4 × 10³ W, a 60 W incandescent bulb gives 5 W of light, power plants turn 35 to 40% of fuel energy into electricity, E = P t, 0.200 kW computer 6.00 h a day for 30.0 days = 36.0 kWh, $4.32 at $0.120 per kWh)
  • g = 9.8 m/s² as in OpenStax examples (NIST standard gravity 9.80665 m/s², physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?gn).

Geraadpleegd: 2026-10-17