Wat zijn arbeid, vermogen en kracht?
Woorden als kracht, energie, impuls en vermogen hebben een prominente rol in onze taal verworven. Uitdrukkingen zoals “een medewerker zit in zijn kracht”, “die sessie gaf mij energie”, “de maatregel moet een impuls geven aan”, of een “warme cultuur” lijken inmiddels gekaapt door de managementwereld.
Het woord management zelf zou ontleend zijn aan het Italiaansewoord ‘maneggiare’, wat betekent “een paard in toom houden, trainen’ [Etymologisch Woordenboek], nu is de betekenis het ‘in toom houden van arbeiders’. Da’s bepaald geen wetenschap. Ik heb dan ook gemerkt dat managers de wetenschappelijke betekenis van de termen die ze hanteren vaak nauwelijks kennen. Dus leuk om dat hier eens wel te doen. Al is het maar om de basis te leggen voor de volgende hoofdstukjes over hoe je op een banaan een berg op kunt fietsen.
Arbeid
Laat ik dan passend beginnen met het natuurkundige begrip arbeid. Arbeid is de inspanning (hoeveelheid energie) die door een krachtbron geleverd wordt wanneer een voorwerp (massa) met een bepaalde kracht over een afstand (weg) verplaatst wordt in de richting van die kracht. Ofwel:
arbeid = kracht × weg
In andere woorden: arbeid is de energie die het kost om je fiets over een bepaalde afstand door de lucht te duwen (of trappen).
Dat arbeid kracht maal weg is kun je begrijpen door aan een hefboom te denken met een zwaar gewicht op één uiteinde, 1 m van het draaipunt. Stel dat je het gewicht 1 cm wil optillen door het andere einde van de hefboom naar beneden te duwen. Als jouw uiteinde ook 1 meter van het draaipunt zit moet je een kracht gelijk aan het gewicht over 1cm naar beneden duwen.
Maar als jouw uiteinde 2 m van het draaipunt zit, dan heb je maar de helft van de kracht nodig, maar moet je wel 2 cm duwen. Uiteindelijk verricht je in beide gevallen dezelfde arbeid om het gewicht 1 cm omhoog te krijgen.
Eigenlijk verander je door tijdens het fietsen een andere versnelling te kiezen ook die ‘hefboom’: met een kleinere verhouding van tandwielen voor en achter leveren je voeten een kleinere kracht op de pedalen, maar leggen ze wel een grotere weg af (meer omwentelingen).
De eenheid om de grootte van de kracht uit te drukken is de Newton (afgekort tot N). De eenheid voor weg is meter. De eenheid voor arbeid (energie) is dus Newton x meter, ofwel Joule (afgekort tot J). En duizend Joule korten we af tot kJ.
Een wat oudere eenheid voor energie is de calorie, die in de voedingsindustrie nog veel wordt gebruikt. Eén calorie is de hoeveelheid energie om één gram water met één graad Celcius op te warmen. Als je het meet dan blijkt 1 calorie gelijk te zijn aan 4,2 J. Met duizend calorieën (1 kilocalorie, afgekort tot kcal) kun je dus een liter water één graad Celcius opwarmen.
Vermogen
Vermogen is de hoeveelheid energie die je per seconde levert. Als je je fiets met een constante kracht door de lucht duwt is het vermogen dat je levert dus kracht x weg / tijd. En omdat afstand gedeeld door tijd de snelheid is, wordt het :
vermogen = kracht × snelheid
Hoe harder je fietst, hoe meer vermogen je levert. De eenheid voor vermogen is de Watt (één Joule per seconde), genoemd naar de schotse ingenieur James Watt die in 1769 de stoommachine patenteerde.
Eén Watt wordt afgekort tot 1 W, duizend Watt tot 1 kW.
Referenties
M. Philippa e.a. (2003-2009) van het Nederlands. Etymologiebank.nl
Kracht
Maar wat is kracht? Een kracht is iets dat een voorwerp (massa) van snelheid doet veranderen. De grote Engelse wetenschapper Isaac Newton formuleerde al in 1687 een paar belangrijke krachtwetten.
De eerste wet zegt dat een voorwerp niet van snelheid verandert als er geen kracht op wordt uitgeoefend.
De oude Grieken dachten daar nog heel anders over: Aristoteles dacht juist dat er een kracht nodig was om een voorwerp op snelheid te houden.
Vermoedelijk denken veel mensen nu nog steeds als de oude Grieken. Lijkt logisch, want je fiets remt af als je stopt met duwen, maar dat komt omdat er nog een andere kracht op de fiets werkt, namelijk een wrijvingskracht die de fiets voortdurend afremt.
De tweede wet van Newton zegt dat kracht evenredig is met de verandering van beweging (versnelling), ofwel :
kracht = massa × versnelling
De eenheid Newton is dus in feite kilogram × meter per seconde × seconde, afgekort kg m / s².
Jouw trapkracht laat je fiets in principe in snelheid toenemen, maar de wrijvingskrachten van de weg en de lucht remmen hem weer af. Bij een constante snelheid zijn trapkracht en wrijvingskrachten in evenwicht.
PS Voor degenen die nog willen weten wat impuls betekent: impuls is de hoeveelheid beweging van een massa, ofwel impuls = massa × snelheid. In ons taalgebruik is impulsief verworden tot ‘handelen vanuit plotse opwelling’. Dat lijkt me meer met versnelling dan met snelheid te maken te hebben, maar ik ben geen taalkundige.