Snelheid: alles wat je moet weten

Snelheid komt bijna altijd en overal voor: op de fiets naar school, bij de groei van een bacterie en natuurlijk bij het vliegtuig dat nu boven je langs vliegt. En als dat vliegtuig ineens sneller begint te vliegen, spreek je van versnelling! Bij snelheid komt veel meer kijken dan je denkt. Daarom leggen we je in dit artikel alles uit over snelheid.

Wat is snelheid?

Snelheid is verandering per tijdseenheid. Het gaat hier dan vaak om de snelheid van een beweging: de afgelegde afstand per tijdseenheid. In de bewegingsleer worden vaak de basisbegrippen plaats en snelheid gebruikt. Beide begrippen hebben een grootte en een richting, waardoor ze ook wel vectorgrootheden worden genoemd.

Dit is de formule van snelheid:

Hierin is:

• v de snelheid in meters per seconde (m/s)
• s de afstand in meter
• t de tijd in seconden

Voorbeeld:

Peter rijdt over de A10 en komt langs een hectometerpaal. Hij is benieuwd hoe snel hij rijdt, dus hij telt hoeveel seconden hij erover doet om langs de 10 volgende hectometerpaaltjes te rijden. Een hectometerpaal staat om de 100 meter. Hij telt precies 30 seconden.

De berekening ziet er dan als volgt uit: 

Hoe je precies van 33,3 meter per seconde naar 120 kilometer per uur gaat, leggen we hieronder uit.

Afstand

Bij het onderwerp 'snelheid' wordt veel gebruikgemaakt van de afgelegde afstand. Dit is simpelweg de afgelegde afstand van punt A naar punt B. Vaak komt hier het begrip verplaatsing bij kijken. Dit werkt hetzelfde. Echter, een verplaatsing kan ook 0 zijn. Dit is het geval wanneer je van punt A naar punt B naar punt A bent gegaan. Je bent dan in principe niet verplaatst, omdat je weer terug bent op het punt waar je begon. Zo'n situatie wordt aangeduid met Δs.

Hoe reken je snelheid om?

Het omrekenen van snelheid is ook een belangrijke vaardigheid. Snelheid wordt namelijk in de meeste gevallen aangeduid in m/s en km/h. Voor het omrekenen binnen m/s en km/h wordt de factor 3,6 gebruikt:

• m/s naar km/h = × 3,6
• km/h naar m/s = / 3,6

Die 3,6 is eigenlijk heel logisch. In één uur zitten namelijk 60 minuten van 60 seconden. Oftewel, er zitten 60 · 60 = 3600 seconden in één uur. Let op: bij het omrekenen van m/s naar km/h of andersom gebruik je geen 3600, maar 3,6. De reden hiervoor is dat er 1000 meter in één kilometer zitten. Hierdoor moet je 3600 delen door 1000, waarna de factor uitkomt op 3,6.

Voorbeelden:

• Een racepaard behaalt op de renbaan een snelheid van 24 m/s. Bereken de snelheid van het paard in km/h.
  Berekening: 24 · 3,6 = 86,4 km/h.
  
  
• Een auto rijdt op de snelweg en gaat 80 km/h. Bereken hoeveel meter per seconde de auto aflegt bij deze snelheid.
  Berekening: 80 / 3,6 = 22,2 m/s.

Wat zijn bekende soorten snelheden?

Onder het begrip snelheid vallen verschillende soorten snelheden. Hieronder hebben we drie bekende soorten snelheden voor je op een rijtje gezet:

Lichtsnelheid

Niets is sneller dan de snelheid van het licht. In vacuüm bestaat de lichtsnelheid voor alle frequenties uit: c = 299.792.458 m/s, oftewel 300.000 kilometer per seconde.

In natuurkundige formules wordt de snelheid van het licht aangegeven met een c in plaats van met een v. Een bekend voorbeeld waar dit ook het geval is, is de massa-energierelatie van Albert Einstein: E = mc². De lichtsnelheid is dan ook erg belangrijk in de relativiteitstheorie. Wanneer een object dichtbij de lichtsnelheid komt, kan hij voor een waarnemer vervormen.

Voortplantingssnelheid van geluid

De snelheid van het geluid is minder hoog dan de snelheid van het licht: geluid verplaatst zich namelijk met 343 meter per seconde. Een goed voorbeeld is dat van een blikseminslag. Het licht van de bliksem is nagenoeg direct bij je, terwijl het geluid van de donderslag vaak nog even op zich laat wachten.

Wanneer het bijvoorbeeld exact vier seconden duurt voordat je de donderslag hoort, betekent dit dat de blikseminslag 343 · 4 = 1.372 meter bij de waarnemer vandaan is.

Supersonische snelheid

Je spreekt van een supersonische snelheid als iets sneller dan het geluid gaat. Een voorbeeld hiervan is een straaljager die sneller dan 343 m/s gaat. Bij deze snelheid ontstaat er een schokgolf, doordat hij de geluidsbarrière doorboort. Door deze schokgolf ontstaat er een harde knal.

Wat is versnelling?

In de mechanica is versnelling de verandering van de snelheid van een object per tijdseenheid. Versnelling wordt vaak gezien als iets dat een voorwerp sneller laat bewegen. Echter, het betekent simpelweg dat er een verandering van snelheid is. Dit kan dus ook een vertraging zijn. In dat geval spreek je van een negatieve versnelling. Deze veranderingen in tijd kunnen worden aangeduid met de volgende formule:

Hierbij is:

• a de versnelling in m/s².
• dv de verandering in snelheid
• dt de verandering in tijd

Voorbeeld:

Joe Biden gooit een knikker van The Empire State Building af. Hij wil namelijk weten met welke versnelling de knikker naar beneden valt en of deze overeenkomt met de valversnelling op aarde: g = 9,81 m/s². De knikker komt met een snelheid van 100 m/s op de grond neer en deed hier exact 10,19 seconden over.

Je kunt de versnelling dan als volgt berekenen:

Dit komt overeen met de valversnelling op aarde.

Wat is een vrije val?

Je spreekt van een vrije val wanneer er geen enkele externe kracht op een object wordt uitgeoefend, behalve zwaartekracht. Hierdoor is de versnelling waarmee het object valt gelijk aan de valversnelling die voortkomt uit de zwaartekracht. Er is namelijk geen kracht die deze beweging tegenwerkt. 

Een goed voorbeeld hiervan is een persoon die uit een vliegtuig springt. Wanneer er geen luchtweerstand zou zijn, zou deze persoon zich in een vrije val bevinden.

Een vrije val kan ook worden gecreëerd om een gevoel van gewichtloosheid te laten ervaren. Denk hierbij aan een training voor astronauten. Hiervoor wordt een vliegtuig in een paraboolbaan gebracht, waardoor deze in vrije val belandt.

Hoe bereken je de snelheid van een vrije val?

Om de snelheid te berekenen van een vrije val zonder weerstand, worden de volgende parameters gebruikt:

• g: zwaartekrachtsversnelling
• h: hoogte van de sprong in meters
• v: snelheid
• m: massa van het lichaam
• potentiële energie: mgh
• kinetische energie: mv²/2

Wanneer er geen luchtweerstand is, zijn deze laatstgenoemde twee energievormen gelijk aan elkaar. Dit komt door de wet van behoud van energie. Hiermee kunnen de snelheid bij het neerkomen v_eind, de gemiddelde snelheid v_gemiddelde en de valduur t_val worden berekend:

Voorbeeld:

Je gaat met je vader skydiven. Hij vindt het erg spannend en wil niet neerstorten wanneer zijn parachute niet open gaat. Om dit op te lossen maak je een vangnet, waar je met een snelheid van 100 km/h nog door wordt opgevangen. Wat is de maximale hoogte waarop jouw vader nog uit het vliegtuig kan springen, terwijl hij nog door het net tegengehouden wordt?

De berekening ziet er als volgt uit: