Newton en de centripetale kracht

Eerst een stukje natuurkunde, in het bijzonder de tweede bewegingswet van Isaac Newton. Wil je daar wat meer over lezen, dan zou je bij Wikipedia kunnen beginnen: de bewegingswetten van Newton en de centripetaalkracht.

De drie bewegingswetten van Newton luiden (in motorfietstaal) als volgt.

1. Een voorwerp waarop per saldo geen kracht inwerkt, is in rust of beweegt zich rechtlijnig met constante snelheid voort.

Deze eerste wet wordt ook wel de wet van de traagheid genoemd, omdat een voorwerp zonder kracht zijn rust of constante snelheid behoudt.

2. Werkt op een voorwerp per saldo een kracht in, dan is de verandering van de beweging evenredig met die kracht en volgt de rechte lijn waarin de kracht werkt

Je ziet dat de eerste wet een bijzonder geval beschrijft van de tweede wet: de verandering van beweging is nihil als er op een voorwerp per saldo geen kracht werkt.

3. Als een voorwerp A een kracht op een voorwerp B uitoefent, gaat deze kracht gepaard met een even grote, maar tegengestelde kracht van B op A [aktie is min reactie]

Voor dit onderdeel zijn we vooral geïnteresseerd in de tweede wet van Newton: een lichaam waarop een kracht werkt zal van snelheid veranderen (versnellen), waarbij de verandering (de versnelling) in dezelfde richting werkt als de kracht.

Figuur 15. Tweede wet van Newton. Kracht in de bewegingsrichting.

We bekijken het voorwerp M dat naar rechts beweegt met snelheid V1. We laten voor korte tijd een kracht F op het voorwerp inwerken. De kracht is in dezelfde richting gericht als de snelheid. Voorbeeld. Bij een motorfiets met snelheid 100 km/u draaien we het gas even helemaal open. Het resultaat zien we in het derde deel van figuur 15: het voorwerp beweegt nu in dezelfde richting, maar met een grotere snelheid V2.
 

Figuur 16. Tweede wet van Newton. Kracht kortdurend dwars op de bewegingsrichting.

We bekijken het zelfde voorwerp M, met snelheid V1. We oefenen weer voor korte tijd een kracht op het voorwerp uit, maar nu in een richting loodrecht op de bewegingsrichting. Volgens de tweede wet van Newton zal de snelheid veranderen. Nu verandert niet de grootte van de snelheid, maar de richting; het voorwerp is van richting veranderd en beweegt nu met dezelfde snelheid in een andere richting dan voorheen.

Figuur 17. Tweede wet van Newton. Kracht voortdurend dwars op de bewegingsrichting.

We bekijken weer hetzelfde voorwerp M, maar oefenen er nu voortdurend een kracht F op uit. Het bijzondere daarbij is dat we die kracht steeds dwars op de bewegingsrichting uitoefenen. De grootte van de snelheid van het voorwerp verandert niet, maar wel de richting ervan. De snelheid is dus niet constant; hij verandert voortdurend! Het voorwerp beschrijft een cirkel. Omdat de kracht voortdurend op het middelpunt (centrum C) van de cirkel is gericht, wordt hij ook wel middelpuntzoekende- of centripetale kracht genoemd.

Figuur 18. Tweede wet van Newton. Kracht voortdurend dwars op de bewegingsrichting. Bron foto: internet.

Net als hiervoor bekijken we een voorwerp, in dit geval een motorfiets. We willen de motorfiets in een cirkel laten rijden, net als in figuur 17. Je hebt daar gezien dat we daartoe een kracht op de motorfiets moeten uitoefenen, dwars op de bewegingsrichting. Krachten (behalve aerodynamische-) worden bij motorfietsen uitgeoefend via de banden. Beide banden van de motorfiets moeten dus een op het middelpunt van die cirkel gerichte dwarskracht  op het wegdek overbrengen. Op de foto zijn dat Fc voor- en Fc achterwiel. Hierbij staat 'F' (Force) voor kracht en 'Fc' voor centripetaalkracht.

In de volgende onderdelen zullen we de twee zeer verschillende manieren bekijken waarop motorfietsbanden dwarskrachten op het wegdek overbrengen.

Naar 5.2.4.2. Dwarskracht door zijslip