Snelheid

Wanneer een voorwerp beweegt dan heeft het een snelheid. De snelheid geeft aan hoeveel afstand er in een seconde (of in een uur) wordt afgelegd.

Gemiddelde snelheid

De Keniaan Noah Ngeny heeft het wereldrecord bij de 1000 meter hardlopen, hij deed dat in 132 seconden. Hij liep zijn race dus met een gemiddelde snelheid van 7,58 m/s. Dat betekent niet dat zijn snelheid altijd 7,58 m/s was: er zijn ook momenten dat hij sneller of langzamer liep. Maar wanneer hij tijdens de hele race wél in staat zou zijn om élke seconde 7,58 meter te rennen dan zou hij de 1000 meter ook in 132 seconden gedaan hebben.

De gemiddelde snelheid kun je berekenen door de afgelegde afstand (s) te delen door de tijdsduur van de beweging (t). In de natuurkunde wordt voor snelheid meestal de eenheid meter per seconde (m/s) gebruikt. Je moet in de formule dan de afstand in meter (m) en de tijd in seconde (s) invullen.

Kilometer per uur

In de dagelijkse praktijk wordt de snelheid vaak niet gegeven in meter per seconde maar in kilometer per uur. Vooral in het verkeer: snelheidsmeters van auto's en fietsen geven de snelheid in kilometer per uur, en de maximumsnelheid op de borden is ook in kilometer per uur gegeven. Om de gemiddelde snelheid in kilometer per uur te berekenen moet de afstand in kilometer en de tijd in uur ingevuld worden.

Een voorbeeld: een docent rijdt op een high-speed elektrische fiets van Eindhoven naar Boxtel, dat is 19 km, in 33 minuten. Hier zijn de gegevens dus s = 19 km en t = 33 minuten. De tijd moet worden omgezet naar uur, en omdat een uur 60 minuten heeft geldt hier dus: t = (33/60) h = 0,55 h. De gemiddelde snelheid is dan 19 / 0,55 = 34,5 km/h.

Om de gemiddelde snelheid te bepalen deel je de afgelegde afstand door de tijd.

Omrekenen van snelheden

Vaak is het handig om snelheden te kunnen omrekenen van km/h naar m/s en andersom. Daarvoor kun je er gebruik van maken dat 1 km gelijk is aan 1000 meter en dat 1 uur gelijk is aan 60 x 60 = 3600 seconden.

Er geldt dus: 1 m/s = (1/1000) km/s = 0,001 km/s = (0,001 x 3600) km/h = 3,6 km/h. Dit getalletje '3,6' kun je dus gebruiken voor het omrekenen van snelheden: van meter per seconde naar kilometer per uur moet je vermenigvuldigen met 3,6. In de andere richting, van kilometer per uur naar meter per seconde, moet je dus delen door 3,6.

Momentane snelheid

Als je naar school fietst is je snelheid niet op elk moment hetzelfde, je snelheid is niet constant. Soms gaat het wat langzamer bergop, ga je wat sneller fietsen om iemand in te halen of sta je misschien wel even stil voor een kruispunt. Op elk moment kun je dus een andere snelheid hebben, die we ook soms momentane snelheid noemen. Met een snelheidsmeter kun je zien hoe groot je snelheid op dat moment is.

Wanneer de snelheid van een beweging altijd even groot is, dus niet verandert, spreken we van een constante snelheid. Alleen wanneer de beweging een constante snelheid heeft kun je zeggen dat de (momentane) snelheid gelijk is aan de gemiddelde snelheid.

De (momentane) snelheid lees je af op een snelheidsmeter.

Eenparige, versnelde en vertraagde beweging

De momentane snelheid van een voorwerp of een persoon verandert vaak. Denk maar eens na hoe vaak je even versnelt en even vertraagt... We onderscheiden drie soorten bewegingen, die je kunt herkennen aan de grafiek of een stroboscopisch beeld.

• Wanneer de snelheid van een bewegend voorwerp niet verandert (dus constant blijft) spreken we van een eenparige beweging. In het (afstand,tijd)-diagram herken je dit aan een rechte lijn: de helling van de grafiek (en dus de snelheid) verandert niet.

• Als het (s,t)-diagram steeds steiler gaat lopen neemt de snelheid van het bewegende voorwerp toe, het voorwerp beweegt steeds sneller. In dezelfde tijd wordt een steeds grotere afstand afgelegd. We spreken dan van een versnelde beweging. Denk bijvoorbeeld aan het optrekken van een auto na een verkeerslicht.

• Als het (s,t)-diagram steeds minder steil gaat lopen neemt de snelheid van het bewegende voorwerp af, het voorwerp beweegt steeds langzamer. In dezelfde tijd wordt dan een steeds kleinere afstand afgelegd. We spreken dan van een vertraagde beweging. Denk bijvoorbeeld aan het afremmen van auto voor een verkeerslicht.

Versnellen of vertragen en kracht

Om een voorwerp te kunnen versnellen of vertragen, moet er een kracht op werken. Voor een versnelde beweging moet de totale kracht vooruit zijn, in de bewegingsrichting dus. Voor een vertraagde beweging moet de totale kracht juist de beweging tegenwerken, dus in tegengestelde richting (achteruit) staan.

In onderstaand plaatje staat dat weergegeven voor een fietser. De kracht vooruit is de trapkracht van de fietser. De tegenwerkende kracht is de wrijvingskracht van de wind en de weg. Als de kracht vooruit en de tegenwerkende kracht even groot zijn dan blijft de snelheid constant. Je hebt dan een eenparige beweging. Als de fietser harder gaat trappen wordt de kracht vooruit groter dan de tegenwerkende kracht. De fietser versnelt dan, er is een versnelde beweging. Wanneer de fietser een stukje door het mulle zand fietst of plotseling extra wind tegen krijgt dan wordt de tegenwerkende kracht veel groter. De fietser remt dan af, dat is een vertraagde beweging.

Het (snelheid,tijd)-diagram

Een beweging kan ook weergegeven worden in een (snelheid, tijd)-diagram: een (v,t)-diagram. Hierin kun je op elk tijdstip van de beweging de snelheid aflezen. Een (v,t)-diagram geeft dus de momentane snelheid weer: de snelheid van het voorwerp op elk tijdstip. Deze hoeft dus niet hetzelfde te zijn als de gemiddelde snelheid, omdat de snelheid van een voorwerp tijdens een beweging kan toenemen of afnemen. Ook de toename of afname van de snelheid kun je in het (v,t)-diagram zien. Als de snelheid 0 is dan staat het voorwerp stil.

Eenparig, versneld of vertraagd

Je hebt al eerder gelezen dat je aan een (s,t)-diagram kunt zien of een beweging eenparig, versneld of vertraagd is. Ook aan een (v,t)-diagram kun je dat zien:

• Wanneer de snelheid constant blijft (dus de lijn van het (v,t)- diagram loopt horizontaal) dan is de beweging eenparig.
• Wanneer de snelheid toeneemt (dus de lijn van het (v,t)- diagram loopt omhoog) dan is de beweging versneld.
• Wanneer de snelheid afneemt (dus de lijn van het (v,t)-diagram loopt omlaag) dan is de beweging vertraagd.

Bronvermelding afbeeldingen

Tubing: Bernard Spragg, Picryl - https://picryl.com/media/girls-just-want-to-have-fun-657d3e - publiek domein
Lang haar: Hairfreaky long hair, Flickr - https://www.flickr.com/photos/25697729@N08/ - licentie CC BY 2.0
Slak: traindetrainer, Flickr - https://www.flickr.com/photos/traindetrainer/ - licentie CC BY 2.0
Fietser: Oona Platel - Flickr - https://www.flickr.com/photos/145576382@N05/ - licentie CC BY 2.0
Race-auto: Lukas Raich - Wikipedia - https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%95%E3%82%A1%E3%82%A4%E3%83%AB:FIA_F1_Austria_2018_Nr._3_Ricciardo.jpg - licentie CC BY-SA 4.0
ISS: NASA, Wikipedia - https://en.wikipedia.org/wiki/File:International_Space_Station_after_undocking_of_STS-132.jpg - publiek domein
Aarde en zon: NASA, Wikimedia - https://commons.wikimedia.org/wiki/File:ISS-36_Above_the_Indian_Ocean.jpg - publiek domein
Snelheidsmeter: https://newkiasportage.blogspot.com/ (2013)
(Afstand,tijd)-diagram: f0rmule - https://f0rmule.blogspot.com/2020/11/formule-afstand-tijd-snelheid.html

Wat vind je van deze uitleg?

Reageer of stel een vraag