Schijnkracht

Een schijnkracht (ook wel genoemd pseudo kracht,[1] d'Alembert kracht,[2][3] of inertiaalkracht[4][5]) is een kracht die wordt waargenomen wanneer een beweging vanuit een coördinatenstelsel wordt bekeken dat zelf aan een versnelling onderhevig is. Indien men binnen zo'n stelsel de eerste wet van Newton wil laten gelden, moet een schijnkracht worden ingevoerd. Als men bewegingen bestudeert vanuit een inertiaalstelsel, een niet-versneld referentiestelsel, zijn er geen schijnkrachten nodig.

In een startende auto, een vertrekkende lift of op een draaiende planeet lijkt het alsof op voorwerpen een extra kracht wordt uitgeoefend. Dat is in het geval van de auto en de lift een inertiaalkracht, in het geval van de planeet een middelpuntvliedende kracht en een corioliskracht.

FormulesBewerken

Volgens de eerste wet van Newton moet de vectoriële som van alle krachten op een puntmassa gelijk aan nul zijn als het niet versnelt. Als het coördinatenstelsel waarin wordt gemeten zelf wel versnelt moet er dus een traagheidskracht   worden ingevoerd. Met  .

Versnelling in rechte lijnBewerken

 
Voor astronauten in een spaceshuttle lijkt het alsof er een extra zwaartekracht is.

Een beweging moet altijd vanuit een bepaald standpunt, een coördinatenstelsel bekeken worden. Als dat stelsel "stil staat", dan klopt de eerste wet van Newton en is er niks aan de hand. "Stil staan" bestaat alleen in theorie: de aarde draait bijvoorbeeld en suist door het heelal. Als het stelsel alleen rechtlijnig beweegt met een constante snelheid is er voor die eerste wet nog steeds niks aan de hand: alle proefjes die je kunt doen in een constant rijdende trein op rechte rails gaan hetzelfde als in een stilstaande trein. Dat zijn allebei inertiaalstelsels. Het wordt anders als de trein afremt of een bocht maakt. Dan is er voor inzittenden van de trein een schijnkracht die dingen in de trein scheef laat hangen. Als een observatiepunt een lineaire versnelling (of tijdsafhankelijke translatie ten opzichte van een inertiaalstelsel) uitvoert, is de schijnkracht per hoeveelheid massa overal gelijk.

Een ander eenvoudig voorbeeld is een auto die op een horizontale rechte weg hard begint op te trekken, waarbij de bestuurder voelt in de stoel te worden gedrukt. Het lijkt voor hem heel werkelijk dat een kracht hem naar achteren duwt.

Een in de auto aanwezige waarnemer weet dat alle inwerkende krachten samen nul zijn. Om dit kloppend te krijgen moet er een kracht worden bedacht, een in-de-stoel-druk-kracht. Een waarnemer die buiten de auto staat heeft geen schijnkracht nodig: het is de autostoel die tegen de bestuurder drukt om hem in beweging te krijgen: dat is "gewoon" traagheid en F=m.a

Cirkelvormige bewegingBewerken

Als een auto een bocht maakt worden de inzittenden naar buiten toe geduwd. Iemand die naast de weg staat, ziet dat het de auto-stoelen of de auto-deur is, die tegen de inzittenden aan duwen: als de deur open zou gaan zouden de inzittenden rechtdoor de auto uitvliegen, die zelf een bocht maakt.

Er zijn drie schijnkrachten die een waarnemer kan vaststellen, die zichzelf in een draaiend stelsel bevindt:

Als de draaiing zelf ook versnelt, is er nog

Wisseling van perspectiefBewerken

Het vermogen om een proef eerst vanuit één standpunt te bekijken en dan vanuit een ander standpunt is bijzonder nuttig gebleken in de natuurkunde. Het stelde Christiaan Huygens in staat botsingsregels voor biljartballen op te stellen, het hielp Isaac Newton de regels van vallende appels in overeenstemming te brengen met de regels voor manen en planeten.

Misschien wel de meest vér gaande stap nam Albert Einstein bij het opstellen van zijn equivalentieprincipe: hij stelde dat zwaartekracht, op dat moment de geheimzinnigste van de fundamentele krachten, ook op te vatten is als een schijnkracht.

BronnenBewerken

  1. The Feynman Lectures on Physics Vol. I Ch. 12-5: Pseudo forces
  2. Cornelius Lanczos, The Variational Principles of Mechanics. Courier Dover Publications, New York (1986), p. 100. ISBN 0-486-65067-7.
  3. Seligman, Courtney, Fictitious Forces. Geraadpleegd op 3 september 2007.
  4. Einstein's Theory of Relativity. Courier Dover Publications, New York (1962), 76–78. ISBN 0-486-60769-0 “inertial forces.”
  5. NASA notes:(23) Accelerated Frames of Reference: Inertial Forces
  6. Jerrold E. Marsden, Tudor S. Ratiu, Introduction to Mechanics and Symmetry: A Basic Exposition of Classical Mechanical Systems. Springer (1999), p. 251. ISBN 0-387-98643-X.