Kinetische energie

Dit artikel is (gedeeltelijk) geschreven door Pabo-studenten van de MarnixAcademie en blijft in ieder geval staan tot de beoordeling is gegeven.

Alles dat beweegt heeft energie in zich: een rijdende auto, een vallende steen, een stromende rivier, jij. Al deze bewegingsenergie noemen we ook wel kinetische energie.

Formule

Isaac Newton (1642-1727) wordt gezien als de grondlegger van de kinetische energie. Zijn tweede wet geeft uitleg over de formule om versnelling te meten:

F = m × a

Dit betekent dat je massa (m) en versnelling (a) nodig hebt, om kracht (F) te berekenen. Latere wetenschappers zouden hier de uiteindelijke formule van kinetische energie op gebaseerd hebben. Niet iedereen vond namelijk dat Newton gelijk had.

De Duitser Gottfried Leibniz en de Zwitser Johann Bernouille waren het niet eens met het idee van Newton en zij kwamen met een uiteindelijke, algemene formule:

Ek = 0,5 × m × v²

Bij deze formule heb je massa (m) en snelheid (v) nodig voor het berekenen van kinetische energie (Ek). Leibniz noemde dit vis viva (naar het Latijn voor levende kracht). De Nederlandse wetenschapper Willem 's Gravesande was een groot fan van Newton, maar ook een echte empirische wetenschapper. Oftewel, hij deed wilde alles zelf zien. Hij ging aan het experimenteren en liet kogels met verschilende massa van verschillende hoogte in een bak klei vallen. Zo zag hij verschillen in hoe diep de kogels in de klei zakten. Hiermee kon hij aantonen dat Leibniz gelijk had.

Met de formule voor kinetische energie kunnen wetenschappers nu bijvoorbeeld berekenen hoe ver een bal geschopt kan worden, of hoeveel energie een vliegtuig nodig heeft om in de lucht te blijven. Omdat zoveel dingen bewegen, blijft dit een erg belangrijke formule.

Voordat een voorwerp kinetische energie kan hebben, moet het in beweging worden gebracht. Sommige dingen halen hun energie uit een motor of een batterij, maar het kan ook anders.

Iemand die juf zou kunnen worden, is een potentiële juf. Iets dat zou kunnen gaan bewegen, heeft potentiële energie. Als een bal bovenaan een heuvel ligt, beweegt hij nog niet, dus is er geen kinetische energie. Zolang de bal vlakbij de rand ligt, bestaat wel de mogelijkheid dat hij gaat bewegen. Als je hem een klein beetje verschuift en de bal rolt naar beneden, is er plotseling wel kinetische energie, want de bal beweegt. Doordat de Aarde zwaartekracht uitoefent op de bal, zal deze naar beneden rollen. Zodra hij rolt, heeft hij dus kinetische energie. Als de bal dan een andere bal raakt, wordt een deel van de energie overgegeven aan de tweede bal, die ook gaat bewegen en nu dus kinetische energie heeft.

Voorbeelden

Deze Newtonpendel kan door kinetische energie lange tijd blijven bewegen.

Newtonpendel

Een pendel is iets dat heen en weer beweegt, zoals een schommel. Bij een Newtonpendel kan je goed zien dat kinetische energie en potentële energie samenwerken. Als je de eerste bal optilt, ontstaat er potentiële energie. Bij het loslaten wordt dit kinetische energie. Als de bal tegen de tweede bal aankomt, gaat de energie daarin over. Maar de tweede bal kan nergens heen en geeft de energie over naar de derde en dan naar de vierde. De vijfde kan wel omhoog en deze begint dan ook te bewegen, terwijl de middelste drie stil blijven hangen. Als de vijfde bal weer tegen de vierde aankomt, gaat de energie terug naar de eerste bal.

Deze pendel is vernoemd naar Newton, omdat zijn wetten hierin mooi terug te zien zijn. Veel mensen hebben er tegenwoordig thuis één, om naar te kijken.

Hamer

Als je met een hamer op een spijker wil slaan, houd je de hamer eerst omhoog. Daar heeft de hamer dus potentiële energy. Als je dan de hamer naar beneden slaat, verandert de potentiële energie in kinetische energie. Op het moment dat je de spijker raakt, wordt de energie uit de hamer overgebracht op de spijker die dan (hopelijk) netjes in je bouwwerk glijdt.

Molen

Wind- en watermolens werden vroeger vaak gebruikt om dingen in beweging te brengen. Water stroomt van het hoogste punt, naar het laagste en heeft hierdoor dus kinetische energie in zich. Het water brengt deze energie over op het rad, dat ook gaat bewegen. Hierdoor gaat de paal in het midden van het rad draaien. Met een serie van raderen werd uiteindelijk bijvoorbeeld een molensteen rondgedraaid, om graan te malen. Bij een windmolen is het de beweging van de wind die de wieken laat bewegen en hiermee het mechaniek van de molen laat draaien. Toen er nog geen elektriciteit was, was dit een heel handige manier om vanalles te laten bewegen. Veel molens zijn nu niet meer in gebruik.

Het is toch niet nodig om een papegaai eten te geven en een vuurpijl af te steken voordat je je servet kan gebruiken?

Rube Goldbergmachine

Rube Goldberg was een Amerikaanse tekenaar die verhalen tekende over een professor die overdreven ingewikkelde uitvindingen deed om simpele dingen mee te doen. Een Rube Goldbergmachine is dan ook een machine met heel veel onnodige onderdelen. Deze zijn vaak wel heel erg gaaf. Met allerlei huishoudspullen wordt een kettingreactie gebouwd. Vaak zet een mens de machine in gang, maar daarna blijft alles in beweging door op verschillende manieren kinetische energie door te geven.

Perpetuum mobile

Zou deze misschien altijd kunnen blijven draaien?

De eerste wet van de thermodynamica stelt dat energie wel kan veranderen, maar niet verdwijnen. Zoals potentiële energie wordt omgezet in kinetische energie. Als de energie altijd evenveel zou blijven, zou dat betekenen dat de Newtonpendel nooit zou stoppen. Als je er wel eens een gezien hebt, weet je misschien dat het even duurt, maar dat ze wel stoppen. Dit komt doordat er kinetische energie wordt omgezet in warmte waar de touwtjes tegen de houder schuren en zelfs waar de bal en de touwtjes de lucht raken. Zo gaat de kinetische energie over in warmte en gaan de balletjes steeds langzamer. Een perpetuum mobile is een machine die wel eeuwig doorgaat. Dit zou onmogelijk zijn, maar wel heel gaaf om te bedenken.