Kracht

Een kracht is een natuurkundige grootheid waardoor in een lichaam (natuurkunde) een spanning of druk ontstaat of die een lichaam doet versnellen. Kracht is een vectorgrootheid, dus met een grootte en een richting. Een vector wordt aangegeven met een pijl boven de letter.

Enkele voorbeelden van optredende krachten.

Kracht kan worden overgebracht door contact tussen voorwerpen of deeltjes (vast, vloeistof, gas) of door een krachtenveld (in de klassieke natuurkunde zijn die van elektromagnetische of gravitationele aard).

Wetten van Newton

• De eerste wet van Newton stelt dat wanneer er op een voorwerp geen resulterende kracht werkt dit voorwerp geen snelheidsverandering zal ondergaan. Met een resulterende kracht wordt een kracht bedoeld die niet wordt opgeheven door andere krachten. Dit is in de alledaagse wereld heel vaak van toepassing doordat het effect van zwaartekracht en andere krachten vaak wordt opgeheven door weer andere krachten, zoals normaalkracht, wrijving, adhesie en cohesie. Vooral door wrijvingskracht was deze wet niet evident, omdat bijvoorbeeld de ervaring leerde dat om een kar een gelijke snelheid te laten houden er constant een kracht moet worden uitgeoefend.
• De tweede wet van Newton definieert een resulterende kracht als verandering van beweging. De verandering van de beweging is evenredig met de kracht en volgt de richting waarin de kracht werkt.

De kracht $\vec F$ [Engels: force] op een voorwerp is gelijk aan de verandering per tijdseenheid van de impuls ("beweging") van het voorwerp $\vec p$. De impuls $\vec p$ is het product van de massa $m \!$ in kilogram en de snelheid $\vec v$ [Engels: velocity].

De tweede wet van Newton luidt in formulevorm:

$\vec F = \frac{d\vec p}{dt} \, = \, \frac{d}{dt} (m \vec v) \, = \, \vec v \, \frac{dm}{dt} + m \, \frac{d\vec v}{dt} \,$

Als de massa niet verandert geldt voor de kracht

$\vec F = m \vec a \!$

met

• m de massa van het lichaam
• $\vec a \!$ de versnelling [Engels: acceleration] (verandering van de snelheid per tijdseenheid) van het zwaartepunt van het lichaam.

De richting van de kracht is de richting van de versnelling.

• De derde wet van Newton stelt dat krachtwerking tussen twee voorwerpen altijd wederzijds is, met tegengestelde richtingen.

Bij krachten die op afstand werken, wordt impuls uitgewisseld door middel van de krachtvoerende deeltjes (ijkbosonen).

Krachtwerking op een vervormbaar lichaam

Indien er krachten die elkaar opheffen op een lichaam werken, ondergaat het lichaam geen versnelling. Het lichaam kan onder invloed van die krachten wel vervormen. Bijvoorbeeld het lichaam kan door twee tegengestelde krachten uitrekken. Als echter op het lichaam slechts één kracht werkt, kan er geen vervorming ontstaan. Men moet echter opletten: er werken dikwijls meer krachten op een lichaam dan op het eerste gezicht lijkt. De oplossingsmethode heet vrijmaken. Als men aan een veer trekt, rekt die veer enkel uit omdat hij bijvoorbeeld vastgehaakt is aan een muur. Die muur oefent dan ook een kracht uit op die veer volgens de Derde Wet van Newton.

Newton

De eenheid van kracht, de newton, is vernoemd naar Sir Isaac Newton. Tijdgenoten van Newton zoals Christiaan Huygens, Edmond Halley, Robert Hooke en Christopher Wren, onderschreven het idee dat planeten in hun banen lopen door een zwaartekracht die kwadratisch afneemt met de afstand tot de zon. De bijdrage van Newton was dat hij er in slaagde een wiskundig bewijs te leveren dat zo'n zwaartekracht inderdaad de planeten in de geobserveerde planeetbanen laat lopen waarmee de experimenteel bepaalde wetten van Kepler verklaard werden en dat dit dezelfde zwaartekracht is die ook op aarde heerst.

De wetten van Newton vormen de fundamenten van de mechanica en dynamica.

Verwarrende benamingen

• Een paardenkracht is een verouderde eenheid van vermogen, niet van kracht.
• Met het begrip windkracht wordt meestal de snelheid of druk van de wind bedoeld.

Fundamentele krachten

Alle krachten in natuurkundige zin zijn een samenstelling van een of meer van de vier fundamentele natuurkrachten. Naast de alomtegenwoordige zwaartekracht (zelf een van de fundamentele natuurkrachten) zijn de meeste alledaagse verschijnselen zoals wrijving en hardheid gebaseerd op de elektromagnetische kracht waarmee vaste stoffen bij elkaar gehouden worden.

Standaardmodel

In het standaardmodel, waarin elementaire deeltjes worden geclassificeerd, is een kracht een verschijnsel dat wordt veroorzaakt door impulsoverdracht door opnemen en uitzenden van ijkbosonen. De bekendste van deze ijkbosonen is het foton verantwoordelijk voor de elektromagnetische kracht.

De drie volgens het standaardmodel (en een eventuele vierde) bekende krachten zijn:

1. De elektromagnetische kracht met als ijkboson het foton
2. De sterke kracht met als ijkbosonen de gluonen
3. De zwakke kracht met als ijkbosonen de W- en Z-bosonen
4. De zwaartekracht met als ijkboson het graviton

Zie ook

• Fundamentele natuurkracht
• Oppervlaktekracht
• Volumekracht
• Belastingen
• Windkracht