Navigeer dropdown

Tandwielen worden gebruikt om een draaiende beweging van richting te laten veranderen om snelheid om te zetten in kracht.  In dit experiment onderzoeken we het laatste. Marcel, onze muis van dienst, loopt in het rad. Daarmee produceert hij een kracht van 200 Newton. Deze kracht wordt door de riemen en tandwielen overgebracht op de transportband. Om de transportband in beweging te brengen hebben we een kracht nodig, die afhangt van het gewicht van de kist en de wrijving van de transportband. Gelukkig moet jij die kracht niet zelf berekenen. De benodigde kracht wordt getoond op het plakaat boven de transportband.  De bedoeling is dat jij de juiste tandwielencombinatie kiest, zodat de 200 Newton, die Marcel levert wordt omgezet naar de benodigde kracht om de kist te verplaatsen. Hoe je dat berekent kom je dadelijk te weten. Eerst bekijken we hoe een tandwiel werkt.

Een belangrijke eigenschap van een tandwiel is de omtrek. De omtrek is de afstand die je met een lintmeter zou meten als je één keer rond het tandwiel gaat. In plaats van centimeters te tellen, kun je ook het aantal tanden tellen. 
Die omtrek komt overeen met de afstand die het tandwiel aflegt als je het één keer over de grond laat rollen. 
Wanneer twee tandwielen in elkaar grijpen en eentje wordt aangedreven, dan zal het tweede tandwiel meedraaien en dezelfde afstand afleggen als het eerste.

undefined

 

We nemen het voorbeeld van twee tandwielen met een omtrek van 50 cm die in elkaar grijpen. Het eerste tandwiel wordt één keer rondgedraaid, het legt dus een afstand van 50 cm af. Het tweede tandwiel moet ook een afstand van 50 cm afleggen en draait ook één keer rond. De snelheid van beide tandwielen is gelijk.
Hetzelfde gaat ook op voor twee tandwielen met allebei 50 tanden.  

undefined

Wanneer het eerste tandwiel een omtrek heeft van 50 cm en het tweede een omtrek van 25 cm gebeurt het volgende:
Het eerste tandwiel wordt één keer rondgedraaid, het legt een afstand van 50 cm af. Het tweede tandwiel moet ook 50 cm afstand afleggen, maar het heeft maar een omtrek van 25 cm, dus het draait twee keer rond. Het tweede tandwiel draait dubble zo snel als het eerste. 
Ook hier geldt de redenering even goed voor tandwielen van 50 cm en 25 cm als voor tandwielen met 50 tanden en 25 tanden. 

undefined

Wanneer het eerste tandwiel een omtrek heeft van 50 cm en het tweede een omtrek van 100 cm gebeurt het omgekeerde: het tweede tandwiel moet ook 50 cm afstand afleggen, maar het heeft een omtrek van 100 cm, dus het draait een halve keer rond. Het tweede tandwiel draait aan halve snelheid van het eerste.  

undefined

 
Hoe zit het nu met kracht? Je kan een tandwiel beschouwen als een hefboom, met het centrum als steunpunt en de straal van het tandwiel als lastarm. (Zie het hefbomen experiment) Hoe groter het tandwiel, hoe groter de lastarm en dus hoe meer kracht er nodig is.
Wanneer een kracht overgebracht wordt van een groot tandwiel naar een kleiner, is er meer kracht nodig, omdat de lastarm groter is. Bijvoorbeeld een tandwiel met een omtrek van 50 cm brengt een kracht van 500 Newton over op een tandwiel met een omtrek van 25 cm. Het kleinere tandwiel zal dan een kracht hebben van 250 Newton.
Wanneer een kracht overgebracht wordt van een klein tandwiel naar een groter, is er minder kracht nodig. Het grote tandwiel zal wel trager draaien dan het aandrijftandwiel. Bijvoorbeeld een tandwiel met een omtrek van 50 cm brengt een kracht van 500 Newton over op een tandwiel met een omtrek van 100 cm. Het grote tandwiel zal dan een kracht hebben van 1000 Newton.

undefined

Dat je de omtrek kunt uitdrukken in aantal tanden, geldt in feite enkel als de tanden op beide tandwielen even groot zijn. 
Maar dat is meestal het geval.

 

 

 

 

Ben je bezoeker, leerkracht of geïnteresseerd in evenementen? Switch hier naar een aanbod op maat.