Technische encyclopedie

Winkler Prins (1975)

Gepubliceerd op 27-11-2024

BAAN

betekenis & definitie

(Fr.: trajectoire, parcours; Du.: Bahn; Eng.: flight path, trajectory, orbit), in de mechanica de ruimtekromme, die een bewegend massapunt beschrijft.

De bewegingstoestand van een massapunt wordt op ieder moment gegeven door de tweede wet van Newton die een relatie geeft tussen de kracht die op het punt werkt en de versnelling, die daardoor veroorzaakt wordt. Daarnaast moeten de waarden van de plaats en de snelheid (en eventueel hogere afgeleiden van de plaats naar de tijd) op een bepaald tijdstip gegeven worden (beginvoorwaarden). De beweging wordt altijd beschreven ten opzichte van een bepaald referentiekader (meestal een rechthoekig coördinatenstelsel). In veel gevallen hangt de kracht op het massapunt af van zijn positie, soms ook van zijn snelheid (wrijving). Wanneer de positie van het punt als functie van de tijd bekend is (door oplossen van de bewegingsvergelijkingen, die volgen uit de wet van Newton) kan de baan worden gevonden door uit deze vergelijkingen de tijd te elimineren; daardoor ontstaan tussen de coördinaten in het meest algemene geval twee relaties die twee gekromde vlakken in de ruimte definiëren, waarvan de snijlijn de baan voorstelt. Is alleen de baan van een massapunt bekend dan ligt de beweging nog niet volledig vast omdat eenzelfde baan met verschillende snelheden doorlopen kan worden. Het deel dermechanica dat zich uitsluitend bezighoudt met de beweging van punten of stelsels van punten, zonder te letten op de oorzaak der beweging, wordt kinematica of bewegingsleer genoemd, in tegenstelling tot de dynamica waar ook de werkende krachten in de beschouwing worden betrokken.

Wanneer een massapunt in een centraal krachtveld beweegt (de werkende kracht is steeds naar een vast krachtcentrum gericht) ligt de baan in een plat vlak door het krachtcentrum. Afhankelijk van de beginvoorwaarden is de baan een der kegelsneden: cirkel, ellips, hyperbool, parabool of een rechte; de eerste twee worden gesloten banen genoemd. Het krachtcentrum bevindt zich dan in het middelpunt, resp. brandpunt van de baan. Wanneer er wrijvingskrachten in het spel zijn ontstaan spiraliserende bewegingen naar het krachtcentrum toe. De bewegingen van allerlei hemellichamen om de Zon (of beter hun zwaartepunten) zoals planeten, kometen enz. behoren in zeer goede benadering tot deze categorie; de aanwezigheid van andere hemellichamen zorgt ervoor dat de krachten niet exact centraal zijn, waardoor de vlakke bewegingen gestoord worden. Andere voorbeelden zijn een puntmassa aan een veer (ook een centrale kracht) en een puntmassa, die gedwongen wordt in een plat vlak te bewegen, zoals het zwaartepunt van een knikker die over een tafel rolt. Elektrisch geladen deeltjes, die in elektromagnetische velden bewegen, een situatie die o.a. in de plasmafysica uitgebreid wordt bestudeerd, kunnen soms uiterst ingewikkelde banen beschrijven.

De bewegingstoestand van een massapunt en dus ook zijn baan heeft te allen tijde een relatieve waarde, d.w.z. hangt af van de bewegingstoestand van de waarnemer, een feit dat vooral in de relativiteitstheorie wordt benadrukt. Een historisch voorbeeld in dit verband vormt de planetenbeweging. Gezien vanaf de Zon zijn de banen de hiervoor genoemde kegelsneden (in dit geval ellipsen); gezien vanaf de Aarde, zoals Ptolemaeus deed, kunnen de banen worden opgevat als kleine cirkels (epicicli) waarvan de middelpunten over grote cirkels (deferenten) bewegen.

De rol van de waarnemer in de wereld van het zeer kleine, atomair en sub-atomair, wordt, zij het in andere zin, nog belangrijker. In dit gebied van de fysica, beschreven door de quantummechanica, is hij er zelfs de oorzaak van dat het hele begrip baan zijn betekenis verliest. Bewegende deeltjes worden nu beschreven door golfsystemen (voorts zie Debrogliegolven) en de wisselwerking met een krachtveld gaat analoge verschijnselen vertonen als de buiging en interferentie in de optica. Evenals in de optica worden deze verschijnselen belangrijk, wanneer de krachtwerking duidelijk merkbaar is. Anders geformuleerd kan worden opgemerkt dat de klassieke mechanica veronderstelt dat op ieder moment zowel de positie als de snelheid van een deeltje langs zijn baan exact bepaald kan worden, een situatie, die in de quantummechanica alleen als een limietgeval beschouwd wordt en die in het algemeen in strijd is met de onzekerheidsrelaties van Heisenberg.

In de ballistiek wordt met baan aangeduid de (kogel)baan van een projectiel onder invloed van de gravitatie- en aërodynamische krachten.

In de weg- en spoorwegbouwkunde verstaat men onder baan (Fr.: voie; Du.: Bahn, Weg; Eng.: way) in engere zin het tracé waarlangs het verkeer geleid wordt, in ruimere zin het tracé met alle zich daarbij bevindende vaste inrichtingen.

In de werktuigkunde is baan de benaming voor de geleidebaan voor machines of onderdelen daarvan.

< >