Een verslag van de slingerproef en de proef over de slingertijd van de eigen benen. Het verslag bevat de volgende onderdelen:

Transcriptie

1 LOPEN ALS EEN MENS KORTE BESCHRIJVING: LOPEN ALS EEN MENS Bedoeld voor VO onderbouw Doelgroep Vmbo TL/Havo/VWO Thema Bionica, robot denise, slingerproef Soort lesmateriaal Practicum Waardering Verdieping Moeilijkheidsgraad *** Kosten WAT GAAN LEERLINGEN DOEN? Leerlingen doen een slinger proef en leren de formule om de slingertijd te berekenen. Ze verdiepen zich achter de theorie van robot Denise. Daarna testen de leerlingen de slingertijd van hun eigen benen. Leerlingen bedenken technische toepassingen aan de hand van de theorie van robot Denise. LEERLINGEN LEVEREN IN: Een verslag van de slingerproef en de proef over de slingertijd van de eigen benen. Het verslag bevat de volgende onderdelen: PRACTICUM VERSLAG ONDERDELEN 1. Titel 2. Onderzoeksvraag 3. Hypothese 4. Materiaal en Methode 5. Waarnemingen 6. Resultaten 7. Conclusie 8. Discussie Een mindmap over de ideeën voor technische toepassingen voor het energiezuinig bewegen van robot Denise. LEERDOELEN De leerling en leren te werken met theorieën en modellen door onderzoek te doen naar natuurkundige en scheikundige verschijnselen als beweging en materie. De leerling leert door onderzoek kennis te verwerven over voor hem relevante technische producten en systemen.

2 BENODIGDHEDEN Voor de slingerproef: Proef A: o touwtje (ongeveer 0.5 m lang) o een statief met klem o een gewichtje o een liniaal Proef B: o touwtje (ongeveer 0.5 m lang) o een statief met klem o drie gewichtjes Proef C: o touwtje van 20 cm o touwtje van 40 cm o touwtje van 60 cm o een statief met klem o een gewichtje o een liniaal Voor de slingerbenen proef: o meetlint van 10 meter. o pionnen

3 LESPLAN LES 1 05 minuten: Uitleg doel van deze lessen: Uitleg over Christiaan Huyghens. Christiaan Huyghens stelde zich destijds de vraag of er een verband bestaat tussen de lengte van een slinger en zijn slingertijd (met de slingertijd bedoelen we hier de periode van de slinger, m.a.w. de tijd die nodig is om één volledige slingerbeweging te maken). Leg uit dat de leerlingen drie proefjes gaan doen met een slinger en leg deze proeven uit. 35 minuten Leerlingen voeren de drie slinger proeven uit. Maak groepjes van drie tot vier leerlingen. 10 minuten: Uitleg over robot Denise. Vertel dat de benen ook een slingerbeweging maken en doe dit voor. Leg uit dat snel lopen veel energie kost en slenteren ook veel energie kost. Het menselijk lichaam is zo gemaakt dat als je op een rustige en natuurlijke manier loopt, je weinig energie verbruikt. De onderzoekers van robot Denise hebben deze techniek van het menselijk lichaam willen gebruiken voor het ontwikkelen van energiezuinig bewegende apparaten/robots. Door gebruik te maken van de natuurlijke slingerbeweging, verbruikt de robot nauwelijks energie. Leg uit hoe van de slingerbeweging van de mens, een wiskundig model is gemaakt. Leg de formule om de slingertijd te bepalen uit. Vertel dat de slingertijd voor energiezuinig bewegen voor iedereen en voor ieder apparaat gelijk is. Om dat te bewijzen gaan leerlingen de proef van de slingerbenen uitvoeren. 20 minuten: Leerlingen voeren de proef van de slingerbenen uit op het schoolplein. De leerlingen kunnen het beste een traject van minimaal 30 meter uitzetten en markeren met pionnen. Laat leerlingen met een rustig natuurlijk tempo het traject bewandelen en meet de tijd op en het aantal passen wat de leerling heeft gemaakt bij het bewandelen van het traject. 15 minuten Bespreek de resultaten en laat de leerlingen de slingertijd van de benen berekenen. Als het goed is, komt er bij iedereen een slingertijd van 1 seconde uit. Een stap zou dan ongeveer 0,5 seconde zijn. Her blijkt dat als je een slingertijd van een seconde hanteert, je een energiezuinige beweging maakt. Dit kan worden verwerkt in allerlei toepassingen waarin een slingerbeweging is verwerkt. 10 minuten: Laat leerlingen een mindmap maken van ideeën waarin het energiezuinig bewegen wordt toegepast in de toekomst te ontwerpen apparaten. 05 minuten: Leerlingen bespreken de uitwerkingen en maken van afspraken voor het maken van het verslag.

4 AANWIJZINGEN VOOR BIJ HET MAKEN EEN NATUURKUNDIG VERSLAG: Naam: Hier komt de naam van de leerling te staan. Naam partner: Met wie je heeft de leerling samen gewerkt. Datum: Titel: Doel: Dit is de datum van de uitvoering van de proef. Dit is de titel van de proef. Deze titel moet toepasselijk zijn. Het doel van de proef wordt hier uitgelegd. Onderzoeksvraag: De onderzoeksvraag wordt hier beschreven. Hypothese: Materiaal: Methode: - Wat denkt de leerling dat er gaat gebeuren? Een lijstje van het gebruikte materiaal. Dit wordt onder elkaar genoteerd.. Nauwkeurige beschrijving hoe de proef is uitgevoerd. - De methode is in de gebiedende wijs beschreven, dus; doe dit, doe dat. - De stappen staan onder elkaar Waarnemingen: - Waarnemingen worden verwerkt in een tabel. Elke tabel heeft een titel. - Er is eventueel ook een schematische tekening van de opstelling gemaakt. De onderdelen zijn benoemd. (horizontale aanwijsstreepjes). Resultaten: - Resultaten worden beschreven in een tabel, grafiek of diagram. - Elke tabel, maar ook elke grafiek of diagram heeft een eigen titel. Conclusie: Discussie: De leerling geeft antwoord op de onderzoeksvraag. De leerling schrijft in een discussie wat hij/zij in de hypothese verwachtte en wat er uit de proef gekomen is.

5 UITLEG OVER ROBOT DENISE Lees ook de informatie op de docentensite. Kies voor bionica, daarna voor bewegings bionica, en dan voor bewegingsbionica ter land. d.html De makers van Denise hebben gekeken naar de natuurlijke slingerbeweging die de mens maakt als hij of zij loopt. Op het plaatje zie je de beweging in kaart gebracht. Bij een rustig looptempo verbruikt de mens nauwelijks energie. Dit gegeven hebben de makers van Denise willen benutten. A is het punt waarvandaan de beweging start. B is het zwaartepunt van de beweging. Je kan van deze beweging een wiskundig model maken. A is de lijn die je trekt vanuit het punt waar de beweging start, naar de grond. B is het punt waarvandaan de beweging start. C is de lengte van de slingerbeweging, startend bij A en eindigend bij het zwaartepunt. D is het zwaartepunt van de beweging. Dat wil zeggen dat de beweging niet verder uitwijkt dan deze afstand en dat dit daarbij ook het laagst punt is op de lengtelijn. E is de zwaartekrachtconstante maal de massa, berekend door m (massa) * g (zwaartekracht constante is 9,81). Tussen a en c is de slingerbeweging, uitgedrukt in ᵩ. De slingertijd bereken je door deze formule: T = 2π Elke stap is een halve slingering. T = de slingertijd 2π = ongeveer 6 L = lengte (0,7) G = zwaartekrachtconstante (9,81) Als je de formule uitrekent kom je op een slingertijd van ongeveer 1 seconde. Een stap is dan 0,5 seconde. Denise is zo gebouwd dat het op een fles koolzuurgas zichzelf kan voortbewegen. Dat betekent dus dat Denise erg energiezuinig beweegt. Deze techniek wordt momenteel toegepast in handrobotjes in tuinbouwmachines. Informatie hierover is te vinden op:

6 BEOORDELINGSCRITERIA In het verslag zijn de volgende onderdelen beschreven: 1. Naam, naam partners, datum 2. Titel 3. Onderzoeksvraag 4. Hypothese 5. Materiaal en Methode 6. Waarnemingen 7. Resultaten 8. Conclusie 9. Discussie