Schijnkracht

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken

Een schijnkracht, traagheidskracht of ook inertiaalkracht is een kracht die wordt waargenomen als een beweging vanuit een coördinatenstelsel wordt bekeken dat zelf aan een versnelling onderhevig is. In een startende auto, een vertrekkende lift of op een draaiende planeet lijkt het alsof op voorwerpen een extra kracht wordt uitgeoefend. Indien men binnen zo'n stelsel de eerste wet van Newton wil laten kloppen moet een "schijnkracht" opgevoerd worden. In het geval van de auto en de lift een inertiaalkracht, in het geval van de planeet een middelpuntvliedende kracht en/of een Corioliskracht. Als men bewegingen bestudeert vanuit een niet-versneld referentiestelsel zijn er geen schijnkrachten nodig.

Formules[bewerken]

Volgens de eerste wet van Newton moet de vectoriële som van alle krachten op een puntmassa gelijk aan nul zijn als het niet versnelt. Als het coördinatenstelsel waarin gemeten wordt zelf wel versnelt moet er dus een traagheidskracht  \vec{F}_\mathrm{T}  opgevoerd worden. Met  \vec{F}_\mathrm{T} = -m \cdot \vec{a}_{\mathrm{stelsel}} .

Versnelling in rechte lijn[bewerken]

Voor astronauten in het vertrekkende ruimteveer Atlantis lijkt het alsof er een reusachtige extra zwaartekracht is.

Als een coördinatenstelsel een tijdsafhankelijke translatie t.o.v. een inertiaalstelsel uitvoert is de schijnkracht per massa-eenheid overal gelijk, en alleen eventueel afhankelijk van de tijd.

Het eenvoudigste voorbeeld is een auto die fel optrekt, waarbij de passagier zich diep in de stoel gedrukt voelt worden. Om van een lichaam - in dit geval de passagier - de snelheid te veranderen moet er een kracht uitgeoefend worden. Pas als de vering van de rugleuning van de auto voldoende is ingedrukt oefent die genoeg kracht uit om de passagier even hard te laten versnellen als de auto. De passagier heeft het gevoel 'in de stoel gedrukt te worden'.

Indien alle metingen gedaan worden met de binnenkant van de auto als uitgangspunt (referentiestelsel) dan beweegt de passagier niet en moeten alle krachten samen nul zijn. Dus moet er een kracht ingevoerd worden. Die kracht werkt op die persoon en drukt hem in de stoel. De kracht die dan zou moeten ingevoerd worden is de schijnkracht. In werkelijkheid is die “kracht” er echter niet, de auto beweegt namelijk wel en de passagier verandert van snelheid. Het is de stoel die de passagier duwt, niet andersom.

Cirkelvormige beweging[bewerken]

Als een auto een bocht maakt worden de passagiers 'naar buiten toe geduwd'. Iemand die naast de weg staat ziet dat het de auto-stoelen of de auto-deur is die tegen de passagiers aan duwen: als de deur open zou gaan zouden de passagiers rechtdoor vliegen terwijl de auto een bocht maakt.

Er zijn drie schijnkrachten te meten die werken op een voorwerp als een waarnemer zich in een draaiend stelsel bevindt:

En als de draaiing niet eenparig is:

  • de Eulerkracht

Wisseling van perspectief[bewerken]

Het vermogen om een proef eerst vanuit één standpunt te bekijken en dan vanuit een ander standpunt is bijzonder nuttig gebleken in de natuurkunde. Het stelde Christiaan Huygens in staat om botsingsregels voor biljartballen op te stellen, het hielp Isaac Newton om de regels van vallende appels in overeenstemming te brengen met de regels voor manen en planeten. Misschien wel de meest vérgaande stap nam Albert Einstein bij het opstellen van zijn Equivalentieprincipe: hij stelde dat zwaartekracht (op dat moment de geheimzinnigste van de fundamentele krachten) ook op te vatten is als een schijnkracht. Wat wij beleven als de gravitatiekracht tussen een voorwerp en de aarde is eigenlijk een "manifestatie van de traagheid " van dat voorwerp.

Zie ook[bewerken]