zwaartekracht en duwkracht

[Politiker]

Wij hadden een poosje geleden een discussie in de klas over zwaartekracht enzo in de klas. Ik zal de discussie even schetsen.

De leraar (overigens geen naturrkundeleraar) stelde dat wanneer je een pen laat vallen die op de grond zou komen. (Dit is natuurlijk logisch! ) Toen legde hij die pen op de tafel, toen zei hij: wat zorgt ervoor dat de pen op de tafel blijft liggen, en niet op de grond val. (bijv. door de tafel zakt)

Het antwoord was op een gegeven moment dat de tafel als het ware de pen omhoog duwt. De zwaartkracht trekt met dezelfde kracht de pen naar beneden. Al was de duwkracht van de tafel kleiner, dan was de pen door de tafel gezakt. Dus op dat moment is de zwaartekracht en duwkracht van de tafel even groot, zodat de pen blijft liggen.

Je zou het met een ander voorbeeld duidelijk kunnen maken. Als je zit op een stoel trekt de zwaartekracht je naar beneden. Maar gelukkig is de duwkracht van de stoel even groot als de zwaartekracht. Anders was je er door heen gezakt.

Ik had nooit van duwkracht gehoord maar ik vond het wel een goede en logische redenatie. Anderen geloofden het niet en zeiden dat het niets met duwen te maken heeft. Ze zeiden zo ongeveer dat de stoel een obstakel is die als het ware de zwaartekracht tegenhoudt, ofzoiets.

Wie heeft er gelijk? Degene die zeggen dat het met duwkracht te maken heeft of degene die zeggen dat het er helemaal niet wordt geduwt? Op internet kon ik er niet veel over vinden.

Hopelijk snappen jullie het want volgens mij is het een beetje vaag.

[NuSuN]

Die duwkracht van jou noemt men de normaalkracht. Deze kracht heft de zwaartekracht op als het op de grond of op een voorwerp ligt. Hoe dit komt weet ik echter niet.

Hier staat er wat over op wikepedia
http://nl.wikipedia.org/wiki/Normaalkracht

[Politiker]

NuSuN schreef op 07-12-2006 @ 19:15 :
Die duwkracht van jou noemt men de normaalkracht. Deze kracht heft de zwaartekracht op als het op de grond of op een voorwerp ligt. Hoe dit komt weet ik echter niet.

Hier staat er wat over op wikepedia
http://nl.wikipedia.org/wiki/Normaalkracht

Maar duwt de normaal kracht ook? Of zou je het geen duwen kunnen noemen?

Het is inderdaad een duwkracht, maar stiekem is dat een elektrische kracht. (Je mag absoluut niet denken in de trant van 'een obstakel dat de zwaartekracht tegenwerkt' - stoelen denken niet en willen al helemaal niets.)
Die stoel/tafel bestaat uit atomen, die bestaan uit een positief geladen kern en een elektron dat daar omheen draait. Als je twee ladingen van hetzelfde teken (bv. negatief) naar elkaar toe brengt, stoten die elkaar af. Als je dus twee atomen (met negatief geladen elektronen) naar elkaar toe brengt (door er een pen op te laten vallen, bijvoorbeeld), zullen die atomen (de elektronen vooral) elkaar 'wegduwen'. Daarom kan je massa niet makkelijk samenpersen.
Ironisch genoeg zijn die paar atomen dus even sterk als de zwaartekracht van de hele aarde!

Als je kijkt naar de tweede wet van Newton, zegt die dat F = ma, oftewel de resultante kracht is gelijk aan het product van massa en versnelling. Als een pen op de tafel ligt, ligt hij stil en is dus a = 0, en derhalve F = 0. Je weet dat er een zwaartekracht werkt, dus moet gelden F = Fz + F* = 0, waarbij F* een andere kracht is die de zwaartekracht moet opheffen. Die kracht noemen we normaalkracht, en is dus even groot maar tegengesteld van richting vergeleken met de zwaartekracht.

De oorsprong van de kracht is inderdaad de elektromagnetische wisselwerking van de atomen, zoals hierboven uitgelegd. Elektromagnetische krachten zijn miljarden keer miljarden keer miljarden keer nog wat keer zo sterk als de zwaartekracht, wat verklaart waarom niet alles ineen klontert in een grote klomp.

[Bart Klink]

De normaalkracht is een vorm van reactiekracht: actie = -reactie. Reactiekrachten heb je ook in andere vormen dan de normaalkracht. Als jij tegen de muur duwt (actiekracht), 'duwt' de muur in tegengestelde richting net zo hard terug (reactiekracht), ervan uitgaande dat je de muur niet omverduwt (statische situatie).

[GinnyPig]

Mephostophilis schreef op 08-12-2006 @ 01:54 :
Als je kijkt naar de tweede wet van Newton, zegt die dat F = ma, oftewel de resultante kracht is gelijk aan het product van massa en versnelling. Als een pen op de tafel ligt, ligt hij stil en is dus a = 0, en derhalve F = 0. Je weet dat er een zwaartekracht werkt, dus moet gelden F = Fz + F* = 0, waarbij F* een andere kracht is die de zwaartekracht moet opheffen. Die kracht noemen we normaalkracht, en is dus even groot maar tegengesteld van richting vergeleken met de zwaartekracht.

De oorsprong van de kracht is inderdaad de elektromagnetische wisselwerking van de atomen, zoals hierboven uitgelegd. Elektromagnetische krachten zijn miljarden keer miljarden keer miljarden keer nog wat keer zo sterk als de zwaartekracht, wat verklaart waarom niet alles ineen klontert in een grote klomp.

Pauli Principe!

GinnyPig schreef op 11-12-2006 @ 00:29 :
Pauli Principe!

Juist ja, maar klassiek gezien is de elektromagnetische 'kracht' in dit geval het gevolg van het Pauli-principe, omdat er in de QM helemaal niet zoiets is als kracht. Of zit ik nu verkeerd te denken?

[GinnyPig]

Nee, Pauli Principe is bijvoorbeeld ook van toepassing op deeltjes die geen elektromagnetische wisselwerking hebben (neutrino's). Het is iets fundamenteels, van toepassing op alle fermionen.

Pauli Principe volgt uit de quantisering van het Dirac-veld: het veld verantwoordelijk voor het beschrijven van fermionen. Deze quantisatie kan je best uitvoeren zonder iets van een elektromagnetische wisselwerking te hebben ingevoerd.

De elektromagnetische kracht van een geladen kern is sterk genoeg om twee elektronen met dezelfde spin in dezelfde baan te houden. Toch gebeurt het niet vanwege het Pauli Principe; niet vanwege de onderlinge afstoting van de elektronen. Maar wanneer de spin omgekeerd is, kan het opeens wel.

Het maakt niet uit hoe zwaar geladen een kern is: je krijgt geen twee elektronen in dezelfde quantumtoestand.

Precies de reden waarom je je hand niet door de tafel kan drukken. Alle quantumtoestanden van de elektronen zijn al bezet. Die quantumtoestanden worden natuurlijk bepaald door de elektromagnetische kracht, maar dat zou ik niet als de directe reden zien...

Ja dat weet ik allemaal wel, maar in de QM is er toch ook helemaal geen 'kracht', dus als ik het over kracht heb, in een klassieke context, dan kan ik daar natuurlijk niet opeens het uitsluitingsprincipe bij gaan betrekken. (is natuurlijk wel het onderliggende fysische principe)

Trouwens, is het niet zo dat je best meer elektronen bij elkaar kan douwen, maar je ze dan in hogere energietoestanden moet zetten, en daar is toch geen limiet voor?

Trouwens nr. 2, het Pauli principe was toch het gevolg van de symmetrisatie van golffuncties/de ononderscheidbaarheid van deeltjes?

[ILUsion]

Zoals anderen reeds zeiden, er is inderdaad een kracht die dat alles tegenhoudt. In de mechanica wordt dat vaak gewoon een 'bindingsreactie' genoemd, en die hoeft niet enkel in de richting van de zwaartekracht te zijn. Maar als je bijvoorbeeld een ladder tegen een muur zet, zal het gewicht van de ladder een bepaalde kracht op de muur overzetten die (wrijving verwaarloosd!) loodrecht in de muur zal gaan. Maar doordat actie = - reactie, zal de bindingsreactie hier tegengesteld zijn en dus loodrecht uit de muur op de ladder inwerken. Op de grond gaat dat natuurlijk in de richting van de zwaartekracht zijn.

Wat de pen betreft, die is in rust, maar vermits die een bepaalde massa heeft zal er dus een zwaartekrachtsvector F_g = m* g (g : zwaartekrachtsvector). De ondergrond waaraan de pen 'gebonden' is, zal dus een bindingsreactie teweeg brengen die tegengesteld is van zin maar dezelfde richting heeft (dus - m*g ; als de pen blijft liggen in een statisch systeem).

De werkelijke oorzaak van deze krachten zal hierboven wel gegeven zijn met het Pauli-principe (lijkt op zich wel mogelijk op atomair niveau).