AAN DE SLAG Arbeid verricht door de wrijvingskracht (thema 1)

Transcriptie

1 Arbeid verricht door de wrijvingskracht (thema 1) Is de arbeid die moet verricht worden op een voorwerp om dat voorwerp over een afstand h omhoog te brengen, afhankelijk van de gevolgde weg? Kies een van de volgende hypothesen a Deze arbeid is afhankelijk van de gevolgde weg b Deze arbeid is onafhankelijk van de gevolgde weg Zoek het verband tussen de rechthoekzijden en de hoeken in een rechthoekige driehoek hellend vlak katrol statiefmateriaal dynamometer wagentje touw lat We brengen een karretje van een punt A naar een punt B Daarvoor moet op het karretje arbeid verricht worden: op het karretje wordt een kracht uitgeoefend en het karretje wordt verplaatst Het karretje wordt volgens twee methoden van A naar B gebracht Een keer via een hellend vlak en een keer verticaal naar omhoog Markeer twee punten A en B op het hellend vlak, zodat de afstand tussen A en B 40 cm Maak een tabel met de volgende hoofdingen Vul de tabel gaandeweg aan α F vert h F schuin l F vert h F schuin l F schuin B l B h h F schuin F vert α A A methode 1 methode 2 Extra: Aan de slag IW (thema 1)

2 Methode 1: het karretje wordt over een hoek α naar omhoog gebracht 1 Maak de opstelling zo dat α = 30 2 Meet met de dynamometer de kracht F schuin die je moet uitoefenen om het karretje omhoog te brengen van A tot in B Zorg ervoor dat de kracht constant blijft, zodat de snelheid van het karretje bijna nul is 3 Noteer de waarde van F schuin in de tabel Noteer de waarde van l Methode 2: het karretje wordt verticaal naar omhoog gebracht 1 Markeer op een verticaal opgestelde lat twee punten A en B die een afstand h uit elkaar liggen, zoals aangegeven in de figuur hierboven Bereken eventueel de waarde van h voor deze waarde van α via de formule voor de sinus van een hoek 2 Meet met de dynamometer de kracht F vert die je moet uitoefenen om het karretje omhoog te brengen van A tot in B Zorg ervoor dat de kracht constant blijft, zodat de snelheid van het karretje bijna nul is 3 Noteer de waarde van F vert en van h in de tabel Herhaal het vorige voor α = 45 en 60 Vul de tabel aan REFLECTEREN Is je hypothese correct? Formuleer een besluit Welke aanname heb je gemaakt? De arbeid verricht door de wrijvingskracht mag worden verwaarloosd Extra: Aan de slag IW (thema 1)

3 De druk van een fietsband (thema 4) Hoe groot is de druk van een fietsband op de weg? Maak een schatting van deze druk Zoek voor verschillende soorten fietsen op tot welke druk je de fietsband best oppompt Is dat een absolute drukwaarde? fiets fietspomp met manometer personenbalans blad geruit papier potlood De druk van een fietsband op de weg wordt bepaald door de kracht van de band op de weg en de grootte van het oppervlak tussen band en weg 1 Pomp een fietsband op tot de aangewezen waarde Noteer de druk p pomp 2 Leg een geruit blad onder het achterwiel Laat iemand op de fiets plaatsnemen Teken met een potlood een rand op het blad omheen het contactoppervlak tussen ban en vloer Bedenk een manier om hier de grootte A van het oppervlak uit te berekenen Noteer de waarde van A 3 Zet een personenbalans onder het achterwiel Laat de persoon terug op de fiets zitten Lees de balans af, noteer deze waarde Bereken de grootte F van de kracht van de band op de weg, noteer deze waarde F 4 Noteer de formule voor de druk Bereken en noteer de waarde van de druk p weg van de band op de weg 5 Vergelijk p weg en p pomp 6 Ga na of het resultaat hetzelfde is als iemand anders op de fiets zit 7 Pomp de band minder hard op en herhaal het vorige REFLECTEREN Komt de gevonden waarde overeen met je schatting? Is deze druk voor iedereen dezelfde? Is deze druk ook de druk van het voorwiel op de weg? Extra: Aan de slag IW (thema 4)

4 De dichtheid van vloeistoffen berekenen (thema 5) Kan de dichtheid van vloeistoffen berekend worden uit de druk die ze uitoefenen? De dichtheid van vloeistoffen, zowel mengbare als niet-mengbare, kan met behulp van de uitgeoefende druk bepaald worden 2 lange dunnen glazen buizen 2 bekerglazen verschillende mengbare vloeistoffen (water, alcohol, petroleumether, white spirit, zoutoplossing, ) verbindingsdarm en T-vormig verbindingsstuk klem grote meetspuit statiefmateriaal lat Door de hydrostatische druk veroorzaakt door een kolom van een vloeistof te vergelijken met deze van een kolom water kan de dichtheid van deze vloeistof berekend worden Zoek de dichtheid van de verschillende vloeistoffen op Duw de meetspuit volledig in Maak de opstelling Maak met statiefmateriaal de buizen en de meetspuit vast Vul een bekerglas met water en het andere met een vloeistof waarvan je de dichtheid wilt bepalen Open de klem Trek de meetspuit omhoog, zodat een onderdruk ontstaat in de buizen en de vloeistoffen zo hoog mogelijk opgezogen worden Sluit de klem 1 h vl 2 h water

5 Wat weet je over de druk op beide vloeistoffen? Wat weet je dan over de hydrostatische druk op de niveaus 1 en 2 in de buizen? De druk op de vloeistoffen is dezelfde Daarom is de hydrostatische druk op niveau 1 gelijk aan de hydrostatische druk op niveau 2 Methode 1 1 Maak een tabel met onderstaande hoofdingen Breid de tabel gaandeweg uit ρ water = 1000 kg/m 3 alcohol h water h vl ρ alcohol 2 Meet de hoogten h water en h vl Noteer de waarden in je tabel 3 Schrijf de uitdrukking voor de hydrostatische drukken p hydr,water en p hydr,vl in de buizen op de niveaus 1 en 2 Formuleer hieruit een formule voor de dichtheid ρ vl van de vloeistof ρ vl = ρ water h water /h vl 4 Bereken ρ vl 5 Herhaal dit voor de andere vloeistoffen Methode 2 1 Maak een tabel met onderstaande hoofdingen Breid de tabel gaandeweg uit ρ water = 1000 kg/m 3 alcohol h water h vl p hydr,alcohol p hydr,alcohol /(g h alcohol ) 2 Doe de klem open en duw de meetspuit een beetje in Sluit de klem Meet de hoogten h water en h vl Noteer de waarden in je tabel 3 Bereken p hydr,vl = p hydr, water Noteer de waarde in de tabel 4 Herhaal 2 en 3 enkele keren 5 Vul de laatste kolom van de tabel aan Bereken hier ρ vl uit 6 Maak de p hydr (h vl )-grafiek Bereken de richtingscoëfficiënt van de rechte Bereken hier ρ vl uit 7 Herhaal dit voor de andere vloeistoffen REFLECTEREN De dichtheid van vloeistoffen, zowel mengbare als niet-mengbare, kan met behulp van de uitgeoefende druk bepaald worden Methode 2, omdat daar meer resultaten in verwerkt worden Welke methode geeft de nauwkeurigste resultaten? Verklaar Komen de waarden die je gevonden hebt overeen met de waarden die je opzocht? Hoe kan je eventuele verschillen verklaren? Aflezen van de hoogte is niet gemakkelijk

6 Van welke factoren is de archimedeskracht afhankelijk? (thema 5) Van welke factoren is de archimedeskracht afhankelijk? Wat is het verband tussen deze factoren en de archimedeskracht? De archimedeskracht is afhankelijk van het ondergedompeld volume V ond, en van de dichtheid ρ vl van de vloeistof dynamometer maatcilinder water, zoutoplossing, alcohol met gekende dichtheid koperen en ijzeren blokje met een verschillend volume met haakje blokjes uit verschillend materiaal met hetzelfde volume Door het gewicht van een voorwerp te bepalen in lucht en als het voorwerp ondergedompeld is in een vloeistof, kan de archimedeskracht bepaald worden Zoek de dichtheid van de verschillende vloeistoffen: ρ water, ρ zoutoplossing, ρ alcohol Zoek een methode om het volume van de blokjes te bepalen Maak een tabel met de volgende hoofdingen Vul de tabel gaandeweg verder aan water : ρ water blokje: V Cu F Cu,lucht F Cu,water F Cu,A F A /(ρ V) koper (Cu) Noteer: ρ water, ρ zoutoplossing, ρ alcohol in de tabel Bepaal het volume van de blokjes Noteer: V Cu en V Fe in de tabel 1 Invloed van het volume Koperen blokje a Hang het koperen blokje aan de dynamometer Noteer de waarde F Cu,lucht van het gewicht van het blokje in lucht in de tabel b Vul de maatcilinder met water Herhaal het voorgaande Noteer de waarde F Cu,water van het gewicht van het blokje in water in de tabel c Bereken de waarde van de archimedeskracht F Cu,A op het blokje Noteer F Cu,A in de tabel

7 IJzeren blokje Herhaal het voorgaande met het ijzeren blokje Noteer F Fe,l, F Fe,w en F Fe,A in de tabel 2 Invloed van de dichtheid Vervang het water door achtereenvolgens de zoutoplossing en door de alcohol Herhaal de vorige metingen en noteer je waarden in de tabel 3 Afleiding van de formule voor de archimedeskracht Bereken voor elke meting F A /(ρ vloeistof V voorwerp ) Noteer de waarde in de laatste kolom van de tabel Waaraan is deze waarde gelijk? REFLECTEREN Noteer de formule voor de archimedeskracht Voor de archimedeskracht geldt: hoe groter het ondergedompelde volume, hoe kleiner / groter de archimedeskracht, hoe groter de dichtheid van de vloeistof, hoe kleiner / groter de archimedeskracht Bepaal de archimedeskracht op twee blokjes volledig ondergedompeld in water, met hetzelfde volume, maar uit verschillend materiaal Formuleer je besluit Waarom moet je de archimedeskracht uitgeoefend door de lucht niet in rekening brengen? De archimedeskracht in een gas is verwaarloosbaar ten opzichte van die in een vloeistof

8 De dichtheid van een drijvend voorwerp (thema 5) Hoe kan de dichtheid ρ vwp van een drijvend voorwerp bepaald worden? De dichtheid kan bepaald worden uit de archimedeskracht Zoek de dichtheid van de verschillende materialen op cilinders met hetzelfde volume gemaakt uit verschillende materialen, die drijven op water PE-cilinder lange, smalle maatcilinder lat Door een voorwerp te laten drijven op een vloeistof, wordt de dichtheid van het materiaal waaruit de cilinder gemaakt is, bepaald Maak een tabel met de volgende hoofdingen, breid deze uit voor alle cilinders cilinder h R m h ond ρ mat 1 (materiaal) a Nummer de cilinders Bepaal voor elke cilinder de hoogte h, de straal R en de massa m Noteer deze waarden b Vul de maatcilinder gedeeltelijk met water Laat een cilinder rechtop drijven op het water c Meet de diepte h ond die de cilinder in het water zakt Doe dat zo nauwkeurig mogelijk, neem eventueel het gemiddelde van de kleinste en de grootste waarde Noteer de waarde van h ond in de tabel d Op de cilinder werken twee krachten: de zwaartekracht F z en de archimedeskracht F A De cilinder is in evenwicht dus zijn beide krachten gelijk: F z = F A e Noteer de formule voor de zwaartekracht F z en voor de archimedeskracht F A F z = m g en F A = ρ v g V ond = ρ vl g h ond π R 2 f Vul bovenstaande vergelijking in en bepaal daaruit een formule voor de dichtheid ρ mat van het materiaal van de cilinder g Herhaal het voorgaande voor elke cilinder h Hoe kan je het experiment aanpassen voor de PE-cilinder?

9 REFLECTEREN De dichtheid van een drijvend voorwerp kan uit de archimedeskracht berekend worden Komen de waarden die je gevonden hebt overeen met de waarden die je opzocht? Hoe kan je eventuele verschillen verklaren? Fout op de bepaling van h, R en vooral op h ond

10 Welke verschillen zijn er tussen isolatiematerialen? (thema 8) Welke verschillen zijn er tussen isolatiematerialen? Formuleer een hypothese: Sommige materialen zijn beter dan andere / Isolatiemateriaal bevat veel lucht / piepschuim, glaswol, pels, met ongeveer dezelfde dikte stevige plakband lege melkverpakkingen van 1 liter thermometers chronometer heet water We brengen isolerend materiaal aan rond een vat met heet water en we meten de temperatuur van het water tijdens de afkoeling Zoek een andere benaming op voor piepschuim Geëxpandeerd polystyreen of EPS Zoek de chemische samenstelling op: Polystyreen ontstaat door polymerisatie van styreen C 8 H 8 Zoek de volumeverhouding op tussen lucht en de grondstof van piepschuim 98 % lucht, 2 % polystyreen 1 Maak met piepschuim en plakband een omhulsel rond de melkverpakking Laat het zo goed mogelijk aansluiten bij de melkverpakking 2 Herhaal dat met de andere isolatiematerialen 3 Vul elk van de geïsoleerde verpakkingen met een halve liter heet water Zorg ervoor dat het water in elke verpakking dezelfde temperatuur heeft 4 Steek in elke verpakking een thermometer Meet elke minuut de temperatuur van het water Extra: Aan de slag IW (thema 8)

11 5 Maak een tabel met in de eerste kolom de tijd, en in de volgende kolommen de temperatuur in de verschillende melkverpakkingen t (min) θ A ( C) θ B ( C) θ C ( C) θ D ( C) θ ( C) 6 Maak een grafiek waarbij je op de horizontale as de tijd uitzet en op de verticale as de temperatuur 7 Duw op een stuk glaswol, op de pels, Wat merk je? Je kan ze gemakkelijk samendrukken 8 Hoe verklaar je dat? In isolatiemateriaal zit veel lucht REFLECTEREN Lucht is een slechte warmtegeleider De lucht is opgeslagen in kleine gaten, zodat hij stilstaat In stilstaande lucht is geen convectie mogelijk t (min) Sommige isolatiematerialen zijn beter dan andere Isolatiemateriaal bevat veel lucht Als je de temperatuur met een sensor laat opmeten en de grafiek door de computer laat tekenen, voer je de metingen aan verschillende verpakkingen achter elkaar uit Zorg er dan wel voor dat de begintemperatuur dezelfde is Extra: Aan de slag IW (thema 8)