Ruk (natuurkunde)
Ruk is de tijdsafgeleide van de versnelling (de derde afgeleide van de positie). Artikel over definitie, eenheden, wiskunde, toepassingen en onderscheid met aanverwante grootheden.
Ruk is in de klassieke mechanica de verandering in de versnelling van een bewegend object in de tijd. Het Engelse woord is "jerk"; in het Nederlands worden soms termen gebruikt als "schok" of "slingering", hoewel die woorden ook andere betekenissen hebben in de techniek. Ruk is een vector: zowel richting als grootte van de versnelling kunnen in de loop van de tijd wijzigen, en die verandering beschrijft men met de ruk.
Afbeeldingengalerij
3 Afbeeldingen
Definitie en eenheden
Wiskundig is ruk de afgeleide van de versnelling naar de tijd. Als v de snelheid is en a de versnelling, dan is de ruk gelijk aan da/dt. In termen van de positie x(t) is het de derde tijdsafgeleide: d3x/dt3. De SI-eenheid is meter per seconde in het derde (m/s3), vaak geschreven als m·s⁻3. Omdat ruk een vector is, heeft het drie componenten in een drie-dimensionale ruimte.
Wiskundige aspecten en gerelateerde grootheden
Vanuit de dynamica geldt dat kracht F gelijk is aan massa maal versnelling. Analoge meting van de verandering van kracht in de tijd wordt soms aangeduid met de term "yank" (massa maal ruk) en is de tijdsafgeleide van de kracht. In situaties dicht bij de lichtsnelheid is het beter te werken met impuls (momentum) en de afgeleiden daarvan; in die context verandert de interpretatie van "yank" enigszins omdat kracht vaak als de afgeleide van momentum wordt geschreven.
Praktische betekenis en toepassingen
Ruk is relevant wanneer scherpe veranderingen in beweging optreden. In voertuigontwerp en comfortstudies is ruk belangrijk: grote plotselinge rukken veroorzaken onaangename of gevaarlijke schokken voor inzittenden en kunnen mechanische belastingen verhogen. In robotica en motion control wordt ruk geminimaliseerd om trillingen te verminderen en slijtage te beperken. Ook bij seismische analyses en bij het modelleren van botsingen speelt het concept een rol bij het karakteriseren van korte impulsrijke krachten.
Voorbeelden en onderscheid
- Een auto die abrupt remt heeft een grote negatieve versnelling; als de remkracht snel verandert, is er bovendien een grote ruk.
- In de industriele automatisering worden trajecten geprofileerd met beperkte snelheid, versnelling en ruk om soepele bewegingen te garanderen.
- De vierde afgeleide van positie wordt soms "jounce" of "snap" genoemd; dit illustreert dat ruk deel is van een reeks hogere tijdsafgeleiden.
Opmerkingen en verder lezen
De term ruk is meestal technisch en minder bekend bij het brede publiek; in vakliteratuur en datasheets wordt vaak de Engelse term gebruikt. Voor meer toelichting en formules kunnen lezers gespecialiseerde bronnen raadplegen: algemene uitleg over afgeleiden, wiskundige definities, vectorbegrippen, verschil tussen scalaren en vectoren, eenheidssystemen, SI-eenheden, krachten en hun afgeleiden en impuls en relativistische correcties. Deze bronnen bieden achtergrond en voorbeelden voor wie dieper wil gaan.
Let op: in specifieke disciplines kunnen terminologie en precieze definities iets variëren; bij toepassingen met hoge snelheden of sterke relativistische effecten gelden aanvullende overwegingen.
Het gebruik ervan
Jerk wordt gebruikt in de techniek, met name bij het maken van achtbanen. Zwakke objecten zoals mensen kunnen worden beschadigd door een hoge versnelling of een hoge ruk. Ook moet bij het maken van een product rekening worden gehouden met de ruk. Plotselinge verandering in de acceleratie betekent een zeer grote ruk. De mate van blootstelling aan de ruk is vaak een goede voorspeller van de snelheid van de achteruitgang van gereedschappen bij normaal gebruik; het komt beter overeen met de verschijning van metaalmoeheid naast andere manieren van falen.
Gerelateerde artikelen
Auteur
AlegsaOnline.com Ruk (natuurkunde) Leandro Alegsa
URL: https://nl.alegsaonline.com/art/49966