Dit artikel legt uit wat tangentiële kracht is in de natuurkunde. Zo ontdek je de betekenis van tangentiële kracht, hoe je tangentiële kracht berekent en een opgeloste oefening.
Wat is tangentiële kracht?
De tangentiële kracht is een kracht die op een lichaam inwerkt en een niet-uniforme cirkelvormige beweging beschrijft. Concreet raakt de tangentiële kracht het cirkelvormige pad van het lichaam en is de kracht die ervoor zorgt dat het lichaam de grootte van zijn snelheid verandert.
Daarom is tangentiële kracht de kracht die de tangentiële snelheid verandert van een lichaam dat een cirkelvormig pad beschrijft.
Als een bewegend lichaam bijvoorbeeld een cirkelvormige beweging maakt en de tangentiële kracht die erop inwerkt positief is, zal de tangentiële snelheid van het bewegende lichaam toenemen, wat betekent dat het bewegende lichaam steeds sneller zal roteren.
Zoals je in de vorige afbeelding kunt zien, raakt de tangentiële kracht (F t ) het pad van het lichaam dat de cirkelvormige beweging uitvoert. Daarentegen staat de middelpuntzoekende kracht ( Fc ) loodrecht op de tangentiële kracht en wijst naar het midden van het cirkelvormige pad. Hieronder zullen we zien wat de verschillen zijn tussen tangentiële kracht en middelpuntzoekende kracht.
Houd er rekening mee dat de tangentiële kracht nul is in een MCU, aangezien de hoeksnelheid in deze gevallen constant is en daarom de waarde van de tangentiële snelheid niet verandert.
Tangentiële krachtformule
De tangentiële kracht is gelijk aan de massa van de mobiel vermenigvuldigd met de tangentiële versnelling . De tangentiële kracht kan ook worden berekend door de massa van het lichaam te vermenigvuldigen met de hoekversnelling en de straal van het cirkelvormige pad.
De formule voor de tangentiële kracht is daarom als volgt:
Goud:
-
is de tangentiële kracht.
-
is de massa van het bewegende lichaam dat een cirkelvormige beweging beschrijft.
-
is de tangentiële versnelling (of lineaire versnelling).
-
is de variatie van de tangentiële snelheid (of lineaire snelheid).
-
is de temporele variatie.
-
is de hoekversnelling.
-
is de straal van het pad van cirkelvormige beweging.
De waarde van de tangentiële kracht moet als volgt worden geïnterpreteerd:
- Ft >0 : als de tangentiële kracht positief is, betekent dit dat de grootte van de snelheid van de mobiel met de tijd toeneemt. De mobiel beschrijft daarom een cirkelvormige beweging met een positieve hoekversnelling.
- F t <0 : als de tangentiële kracht negatief is, betekent dit dat de amplitude van de snelheid van de mobiel met de tijd afneemt. De mobiel beschrijft daarom een cirkelvormige beweging met een negatieve hoekversnelling.
- F t =0 : als de tangentiële kracht gelijk is aan nul, betekent dit dat de grootte van de snelheid van de mobiel constant is. De mobiel beschrijft daarom een uniforme cirkelvormige beweging (MCU).
Voorbeeld van tangentiële krachtberekening
Zodra we de definitie van tangentiële kracht zien en wat de formule ervan is, zullen we een opgelost voorbeeld zien van hoe dit type kracht wordt berekend.
- Een bewegend lichaam met massa m = 7 kg beschrijft een cirkelvormige beweging met een uniform versnelde snelheid. Op tijdstip t i = 2 s heeft het een tangentiële snelheid van 5 m/s en op tijdstip t f = 6 s heeft het een tangentiële snelheid van 11 m/s. Wat is de tangentiële kracht die op de mobiel inwerkt?
Om de tangentiële kracht te vinden, moeten we de formule uit de vorige sectie toepassen:
In dit geval levert het probleem ons al alle benodigde gegevens op, dus vervangen we de waarden in de formule en berekenen we de tangentiële kracht:
Concluderend zal de tangentiële kracht ervoor zorgen dat de snelheid van het bewegende lichaam gelijkmatig toeneemt, zodat het bewegende lichaam een uniform versnelde cirkelvormige beweging (MCUA) zal uitvoeren.
Tangentiële kracht en middelpuntzoekende kracht
Ten slotte zullen we zien wat het verschil is tussen tangentiële kracht en middelpuntzoekende kracht, aangezien dit de twee krachten zijn die optreden in cirkelvormige bewegingen.
Middelpuntzoekende kracht is de kracht die ervoor zorgt dat het lichaam in een cirkelvormige beweging van richting verandert. Centripetale kracht is een radiale kracht die verschijnt in cirkelvormige bewegingen en naar het midden van het cirkelvormige pad wijst.
Het verschil tussen de tangentiële kracht en de middelpuntzoekende kracht is daarom dat de tangentiële kracht de snelheidsmodule van de mobiel wijzigt die een cirkelvormige beweging beschrijft, aan de andere kant verandert de middelpuntzoekende kracht de richting van de snelheid van de mobiel.
Bovendien treedt middelpuntzoekende kracht op bij elk type cirkelvormige beweging, omdat het de kracht is die ervoor zorgt dat de mobiel een cirkelvormige baan uitvoert. De tangentiële kracht is echter nul als de cirkelvormige beweging uniform is, aangezien de snelheid van het bewegende lichaam constant is.