Wat is een kracht?

Eén newton is ongeveer de zwaartekracht op een kleine appel in je hand.

Duwen en trekken

In het dagelijks taalgebruik is een kracht duwen of trekken. Je duwt een deur open, trekt een lade uit, schopt een bal of leunt tegen een muur. In de natuurkunde is een kracht alles wat de beweging of vorm van een voorwerp kan veranderen: het in beweging zetten, stoppen, versnellen, vertragen, afbuigen, indrukken of uitrekken. Een kracht werkt altijd tussen twee voorwerpen. Je hand duwt tegen de deur; de Aarde trekt aan de appel; de weg duwt tegen de banden. Kun je het tweede voorwerp niet noemen, dan heb je waarschijnlijk geen echte kracht gevonden.

Sommige krachten vereisen contact: wrijving tussen een doos en de vloer, spankracht in een touw, de opwaartse kracht van de vloer die je draagt (normaalkracht, omdat die loodrecht op het oppervlak werkt) en weerstand van lucht of water. Andere werken door lege ruimte: zwaartekracht, elektrische kracht tussen ladingen en magnetische kracht tussen magneten. De zwaartekracht van de Zon overbrugt 150 miljoen kilometer vrijwel lege ruimte om de Aarde in haar baan te houden.

Kracht meten in newton

Kracht meet je in newton (N), genoemd naar Isaac Newton. Eén newton geeft een massa van 1 kg een versnelling van 1 m/s², dus 1 N = 1 kg·m/s². Dat klinkt abstract, maar het is een kleine, alledaagse kracht. Een kleine appel van ongeveer 100 g ondervindt op Aarde ongeveer 1 N zwaartekracht. Voor het vasthouden van een zak suiker van 1 kg is ongeveer 9.8 N nodig. Een veerunster, zoals een bagageweger, meet kracht direct: de veer rekt evenredig met de trekkracht uit.

Krachten optellen als pijlen

Kracht is een vector, dus de richting telt mee. Trekken twee mensen met 30 N en 20 N dezelfde kant op aan een kar, dan is het totaal 50 N. Trekken ze tegengesteld, dan is het 30 − 20 = 10 N naar de sterkste kant. De som van alle krachten op een voorwerp heet de resulterende kracht. Loodrechte krachten tel je op als zijden van een rechthoekige driehoek: 3 N naar het oosten en 4 N naar het noorden geeft volgens Pythagoras 5 N naar het noordoosten.

Heffen de krachten elkaar op, dan is de resulterende kracht nul en zijn de krachten in evenwicht. Een boek op tafel is een goed voorbeeld: zwaartekracht trekt omlaag en de tafel duwt even hard omhoog. Bij touwtrekken zonder beweging kunnen beide teams met honderden newton trekken, maar de resulterende kracht op het touw is nul. Krachten die niet in evenwicht zijn veranderen de beweging. Daarover gaan Newtons wetten in de volgende les.

Vrijlichaamsdiagrammen

Natuurkundigen brengen krachten in kaart met een vrijlichaamsdiagram: teken het voorwerp als een blokje of stip en zet voor elke kracht erop een pijl. Die begint bij het voorwerp en wijst in de richting van de kracht. De pijllengten geven de groottes aan. Bij een kist die over de vloer wordt geduwd zijn er vier pijlen: zwaartekracht W omlaag, normaalkracht N omhoog, duwkracht F en wrijving f tegen de beweging in.