Gebaseerd op cursus SPC 2021

Verbeteringen/fouten/onduidelijkheden/...?

Deze open-source cursus is in ontwikkeling. De aanbevelingen van leerlingen om dit materiaal te verbeteren zijn erg welkom via info@wiskunde.opmaat.org
Dit kan gaan over:

  • Een voorbeeld dat onduidelijk is.
  • Onnauwkeurigheden, schrijffouten, ...
  • Een tussenstap die beter uitgelegd moet worden.
  • Een uitleg die je op youtube, wikipedia of aan de kersttafel gevonden hebt die ophelderend was.
  • ...

In essentie hebben we met de wetten van Newton, de formule voor o.a. de gravitatiekracht en de kinematica voldoende om alle mechanische verschijnselen te beschrijven. Je zou dus kunnen zeggen dat we geen bijkomende elementen nodig hebben. Maar wat met het begrip energie, een fundamentele grootheid in de fysica en vaak handig bij het oplossen van probleemstellingen? Willen we dit begrip in de mechanica gebruiken, dan zullen we het moeten definiëren aan de hand van begrippen die we al hebben – zoals kracht. De wetten van Newton vormen immers het fundament van de mechanica – alles moet hierop gestoeld zijn.

Je leerde ooit iets over energie: een lichaam bezit energie als het de mogelijkheid heeft om arbeid te verrichten. Zo bezit een bewegende hamer kinetische energie omdat hij als gevolg van zijn beweging arbeid kan verrichten: hij kan een nagel in de muur drijven. De opgewonden veer van een mechanisch horloge is een voorbeeld van potentiële energie. Als gevolg van de spanningstoestand van de veer – die door een bepaalde plaats wordt gekarakteriseerd – kan de veer arbeid verrichten: terwijl de veer zich geleidelijk ontspant, verricht ze arbeid door de wijzers te laten ronddraaien.

Ook in de omgangstaal kennen we de termen arbeid en energie. Je mag echter niet vergeten dat deze hier een bredere betekenis dragen dan degene die we binnen de fysica voor ogen hebben. Zo moet de kwalitatieve omschrijving van de mogelijkheid om arbeid te verrichten, vervangen worden door een kwantitatieve; we willen weten hoeveel arbeid er geleverd wordt, of hoeveel energie een bepaald lichaam bezit. Als we bovendien zeggen dat energie de mogelijkheid is om arbeid te leveren, dan moeten we in eerste instantie het begrip arbeid definiëren. We gebruiken hiervoor o.a. het begrip kracht. Aan de hand van het begrip arbeid, kunnen we dan vervolgens het begrip energie definiëren.