BELEEF DE 5 KRACHTEN VAN DE WERELD

Transcriptie

1 BELEEF DE 5 KRACHTEN VAN DE WERELD SLUIT AAN BIJ KERNDOEL 42 WERKBOEK 1

2 INHOUD Inleiding 4 Zwaartekracht 6 Massatraagheid 10 Trekkracht 14 Snelheid 18 G-kracht 22 Weetjes 28 Antwoorden 30 Slotwoord 34

3 INLEIDING Je staat er eigenlijk nooit bij stil, maar iedere dag worden er allerlei onzichtbare krachten op je uitgeoefend. En niet alleen op jou, maar op alle voorwerpen om je heen. Eén van de belangrijkste krachten is zwaartekracht. Die zorgt ervoor dat je niet door de lucht zweeft maar gewoon op de grond staat. Verder kun je ook G-krachten, snelheid, trekkracht en massatraagheid voelen in het dagelijks leven. Geleerden als Einstein en Newton hebben hier heel lang op gestudeerd en zij hebben die krachten vertaald naar allerlei ingewikkelde formules. In dit werkboek Beleef de 5 krachten van de wereld laten we die formules even links liggen en ga je de krachten zelf onderzoeken. Want het is natuurlijk het allerleukste om de krachten zelf te ervaren! Aan de hand van dit lesmateriaal en de praktijkproeven word je meegenomen in de wereld van natuurkunde, de wereld van de 5 krachten. Het lesmateriaal sluit aan bij kerndoel 42. De antwoorden vind je achter in het werkboek. Via onze website walibi.nl is dit lespakket gratis te downloaden. Succes en veel plezier! 4 5

4 HOEVEEL WEEG JIJ? Je gewicht, of hoe zwaar je bent, heeft alles te maken met zwaartekracht. Als je op een weegschaal gaat staan, meet je eigenlijk in kilo s hoe hard de aarde aan jou trekt. En hoe zwaarder je bent, hoe harder de aarde aan je trekt! Je kunt zwaartekracht alleen voelen als er een tegenkracht is. Als je op de grond staat, trekt de zwaartekracht van de aarde je naar beneden, maar de grond duwt je weer omhoog. Daarom blijf je gewoon staan en word je niet in de aarde gezogen. Een astronaut in de ruimte weegt helemaal niets, omdat er geen zwaartekracht is. Daarom zweeft hij door de ruimte. Dus zonder zwaartekracht ben je gewichtloos. TEST HET ZELF! In een achtbaan kun je zelf testen hoe dat voelt. Op het hoogste punt, vlak voordat je weer naar beneden gaat, voelt het alsof je zweeft. Je voelt dan niet dat de zwaartekracht aan je trekt, je bent dus even gewichtloos! ZWAARTEKRACHT Je hebt vast wel eens gehoord van zwaartekracht. Als zwaartekracht niet bestond, zouden we hier nu allemaal door de lucht zweven. Maar wat is zwaartekracht precies? Als een appel van de boom losraakt, valt hij altijd recht naar beneden en nooit eens omhoog of schuin omlaag. Dat komt door de zwaartekracht. Alles wat massa heeft - een boek, een planeet, een mens, noem maar op - heeft zwaartekracht. Anders gezegd: alle voorwerpen - groot en klein - trekken elkaar aan. Het zijn een soort magneten. WAT VALT SNELLER, EEN BOLLETJE LOOD OF EEN VEERTJE? Nu is er iets raars aan de hand met de snelheid waarmee voorwerpen vallen. We hebben geleerd dat een voorwerp naar beneden valt, omdat de aarde aan dit voorwerp trekt. Dat is zwaartekracht. Maar als ik je vraag wat sneller valt, een bolletje lood of een veertje, wat is dan je antwoord? Waarschijnlijk denk je dat het bolletje lood sneller valt, want dat is zwaarder en dus trekt de aarde er harder aan. Maar het gekke is, dat alles even snel valt. Tenminste, als de zwaartekracht de enige kracht is. Op aarde is er naast zwaartekracht ook lucht en lucht is ook een kracht, denk maar aan de wind. Door de lucht worden voorwerpen afgeremd. Dat heet wrijvingskracht. Lichte voorwerpen hebben meer last van de lucht dan zware voor werpen. Daarom valt een veertje op aarde langzamer dan een bolletje lood. Maar als je een bolletje lood en een veertje laat vallen in een ruimte waar geen lucht is, vallen ze even snel. Gek hè? 6 7

5 PROEF 1 MENSELIJKE TRAMPOLINE Nodig: Vijf kinderen en matten (gymzaal). Vier kinderen in koppels van twee pakken elkaars handen stevig vast en gaan naast elkaar staan. De vijfde gaat boven op hun armen liggen. Deze persoon valt nu niet op de grond omdat de vier anderen hem/haar omhoog duwen, met dezelfde hoeveelheid kracht als de zwaartekracht de liggende persoon naar beneden trekt. Zwaar hè? Als de vier krachtpatsers de persoon die boven ligt omhoog proberen te gooien en deze persoon komt los dan is hij/zij op het bovenste punt, vlak voordat ie weer naar beneden valt, heeeel even gewichtloos PROEF 2: VOETJES OP DE VLOER Nodig: een ballon en een stuk karton. Ga met je voeten naast elkaar staan op het karton en trek met een potlood een lijn om je voeten. Knip dit uit en maak een gaatje tussen je voeten, een beetje in de buurt van je hiel. Blaas de ballon op, knoop m dicht en trek de knoop door het gaatje in de voeten. Gooi nu de ballon omhoog. Zelfs al maakt de ballon een salto, hij komt altijd weer op z n voeten terecht. Waarom? Hoe komt dit? 8 9

6 MASSATRAAGHEID In de natuurkunde is massatraagheid de naam voor het verschijnsel dat als een voorwerp stil ligt, het altijd stil zal blijven liggen en een voorwerp dat beweegt altijd in beweging zal blijven. Er is een kracht nodig om een voorwerp in beweging te brengen, te laten stoppen, van richting te veranderen of een andere snelheid te geven. Hoe zwaarder een voorwerp is, hoe trager of langzamer het is. Je kleine broertje of zusje aan de kant duwen is bijvoorbeeld een stuk makkelijker dan je vader aan de kant duwen, toch? Zware dingen zijn dus langzamer dan lichte dingen en er is meer kracht nodig om ze in beweging te zetten, om ze sneller te laten bewegen of ze te laten stoppen. Als een vrachtwagen remt, duurt het bijvoorbeeld langer tot hij stilstaat dan wanneer een auto remt. Probeer maar eens door een rietje te blazen en een grote knikker te laten bewegen of een ping pong bal. Wat zal makkelijker gaan? Ook in pretparken maken ze bij sommige attracties gebruik van massatraagheid. Als in een achtbaan een karretje heel plotseling de bocht omgaat werken er twee krachten op je lichaam. Het karretje trekt je naar links of rechts, maar je lichaam wil nog rechtdoor gaan. Het is hetzelfde gevoel als je in een auto zit en hij stopt plotseling. Jouw lichaam wil eigenlijk met dezelfde snelheid rechtdoor bewegen, maar de auto stopt. Daarom is het heel belangrijk dat je autogordels draagt! WRIJVING Wat bij beweging en snelheid ook een rol speelt is wrijving. Wrijving ontstaat als je twee voorwerpen in tegenovergestelde richting tegen elkaar wrijft. Beweeg je handen maar eens heen en weer in de lucht, duw ze dan eens stevig tegen elkaar en maak dezelfde beweging. Wat voel je? Iets wat zwaar en ruw is krijg je dus ook moeilijker in beweging dan iets dat licht en glad is. Door wrijving kost het meer kracht om iets in beweging te krijgen en te houden en het gaat steeds langzamer. Geef maar eens een speelgoedautootje een duw en kijk wat er gebeurt. Het zal uiteindelijk stoppen. Dat komt door wrijving met de grond. Wrijving remt voorwerpen af. Daarom heeft een auto een motor nodig. Als er geen wrijving zou zijn, zou hij na één keer gas geven eindeloos door kun en rijden. Wel zo goedkoop! 10 11

7 PROEF 1: KAARTJE TREKKEN Nodig: een glas, een muntstuk en een speelkaart. Leg de kaart met het muntstuk op het glas. Wedden dat je de munt in het glas kunt krijgen zonder het aan te raken? Schiet de kaart maar weg met je vinger, of trek er heel snel aan. Hoe kan dit? PROEF 2: KNUFFELCRASH Nodig: een speelgoedbeest, speelgoedauto (open of met laadklep), een zware steen of een stapeltje boeken. Zet een speelgoedbeest in een open speelgoedauto en geef de auto een duw in de richting van de steen. Wat gebeurt er met de auto? Wat gebeurt er met het speelgoedbeest? Waarom? 12 13

8 TREKKRACHT Dit hoofdstuk gaat over trekkracht. Dat is de kracht die wordt uitgeoefend bij het trekken aan een voorwerp. Trekkracht is het tegenovergestelde van duwkracht. Je kunt iets in beweging krijgen en snelheid geven door eraan te trekken of te duwen. Bij trekkracht wordt hetgeen waar je aan trekt langer en dunner (ook al zie je dat soms niet). Bij duwen wordt het voorwerp juist korter en dikker. Maar omdat dingen altijd het liefst willen blijven zoals ze zijn, volgt er na het trekken of duwen (= actie), altijd een reactie: als je loslaat en dus geen kracht meer uitoefent, schieten ze weer terug in hun oude vorm. ELASTIEK EN TREKKRACHT Het maakt wel uit waar je aan trekt. Als je aan een elastiek trekt, zie je heel goed wat er gebeurt: het rekt heel ver uit en als je het loslaat schiet het weer terug. Deze elastische trekkracht kun je goed gebruiken, bijvoorbeeld bij een katapult of bij het bungee jumpen. Als je aan een touw trekt, kun je eigenlijk niet echt zien dat het uitrekt en er gebeurt ook niet zoveel als je het weer loslaat. Maar toch gebruik je trekkracht. Denk maar aan touwtje trekken. Trekkracht wordt ook gebruikt in pretparken om de karretjes van de achtbanen omhoog te krijgen. Maar daarvoor gebruiken ze natuurlijk geen elastiek! (Waarom niet? En wat zou wel een goed materiaal zijn?) WIST JE DAT......DE KABEL VAN EEN GROTE ACHTBAAN TOT WEL KILO KAN TREKKEN? NIET ZO DUWEN! Bij duwkracht werkt het dus andersom. Je kunt iets ook duwen om het in beweging te krijgen, of tegen te houden. Het grappige is dat er eigenlijk de hele dag aan je getrokken en geduwd wordt. Niet door je vriendjes, maar door de aarde, je stoel en de grond. De aarde trekt aan je, door de zwaartekracht. Maar de grond en je stoel duwen je als het ware naar boven. Die twee krachten zijn gelukkig precies gelijk aan elkaar, zodat je er eigenlijk niets van merkt. Anders zat je de hele dag op je stoel te stuiteren, viel je de hele tijd plat op de grond of vloog je tegen het plafond. Zegt je juf of meester wel eens dat je wat minder moet bewegen? Dan zeg je gewoon: Ik kan er niks aan doen, het is de duwkracht! 14 15

9 PROEF 1: ARMPJE TREKKEN Nodig: twee kinderen. Haak jouw vingers in die van je klasgenoot zoals op het plaatje en leun allebei naar achter. Je hebt nu het gevoel dat je armen uit elkaar worden getrokken, alsof ze langer worden. Dat komt omdat er spanning op staat, net als bij de kabels van een lift. Dit kun je niet al te lang volhouden, op een gegeven moment moet je wel loslaten. Je hebt dan gewoon de kracht niet meer om tegen de trekkracht op te kunnen. Gelukkig dat liftkabels niet moe worden hè? Weet jij hoe het omgekeerde van trekkracht heet? PROEF 2: BUNGEE KNUFFEL Nodig: een speelgoedbeest, een stuk elastiek van ca. 50 centimeter. Bind een speelgoedbeest aan het uiteinde van het elastiek. Het andere uiteinde van het elastiek houd je stevig vast of je bindt het vast aan het plafond, als dat kan. Houd het speelgoedbeest boven je hoofd en laat het vallen. Doe dit nog een keer, maar ga nu op een stoel staan. Wat gebeurt er met het speelgoedbeest? En met het elastiek? Hoe komt dit? Wat zou er gebeuren als je een zwaarder voorwerp aan het elastiek zou hangen? 16 17

10 SNELHEID Snelheid geeft aan hoe snel iets beweegt, welke afstand wordt afgelegd in een bepaalde tijd. Dus als je in een half uur 5 kilometer hebt gefietst, fiets je met een snelheid van 10 kilometer per uur. Een auto gaat natuurlijk veel sneller, wel meer dan 100 kilometer per uur! Als je van langzaam naar snel gaat, dus op je fiets steeds harder gaat trappen, dan noem je dat versnelling. Als je plotseling op je rem trapt, omdat er opeens een hond oversteekt, dan heet dat vertraging. Je remt af en gaat langzamer. Nou is het niet leuk als er plots een hond oversteekt, maar vertraging en versnelling kunnen ook heel leuk zijn! In een achtbaan voel je dat heel goed. Snelheid is dus de afstand die je in een bepaalde tijd aflegt. Dat kan een aantal meter per seconde zijn, of zoals met de auto een aantal kilometer per uur. Je kunt snelheid krijgen door mechanische aandrijving, bijvoorbeeld van een motor of door menskracht, maar ook door de zwaartekracht: iets wat valt krijgt ook snelheid. SNELHEID EN WRIJVING Snelheid is mooi maar heeft één nadeel; het wordt minder als je niets doet (bijvoorbeeld als je niet meer trapt tijdens het fietsen). Dat komt door wrijving. Bijvoorbeeld wrijving van de banden van je fiets op de weg of door de wrijving van de wielen van een achtbaankarretje op de rails. Bij achtbanen proberen ze dan ook zo min mogelijk wrijving te hebben. Daarom hebben de wagentjes wielen en rijden ze op een gladde rails. Achtbanen hebben geen motor en maken gebruik van de zwaartekracht om snelheid te krijgen. Daarom is de eerste heuvel van een achtbaan heel hoog en de heuvels die daarna komen steeds lager. Anders zou het karretje door de afremmende kracht van de wrijving niet meer over de top van de volgende heuvel komen. WIST JE DAT... XPRESS: PLATFORM 13 IN 2.8 SECONDEN VERSNELT NAAR 90 KM PER UUR? 18 19

11 PROEF 1: SLINGERENDE BAL Nodig: touw, iets hoogs om het touw aan vast te maken en een bal. Bevestig het touw aan iets hoogs, bijvoorbeeld aan het plafond of aan een boom. Hang vervolgens de bal op kinhoogte aan het touw vast zodat het vrij heen en weer kan slingeren. Ga iets van de bal af staan en trek m naar je toe. Houd hem tegen je neus en laat hem dan los. Blijf heel stil staan en je zal merken dat als de bal terugkomt hij je neus nét niet zal raken. Hoe komt dit? PROEF 2: HOE LICHTER, HOE SNELLER Nodig: een kiepauto of andere speelgoedauto die je kunt volladen, knikkers, een elastiek, twee garenklosjes. Plak de klosjes vast op een tafel of de grond, houd voldoende ruimte tussen de klosjes zodat de auto ertussen past. Span het elastiekje tussen de klosjes. Vul de speelgoedwagen met knikkers, zet hem met de achterkant tegen de elastiekjes en trek hem een stukje naar achteren en laat los. Zet een streepje tot waar de auto kwam. Haal de helft van de knikkers eruit en herhaal de proef. Doe dit nog eens met een lege auto. Wat gebeurt er? Waarom? 20 21

12 G-KRACHT Ken je dat? Je zit in de auto bij je vader en die trekt heel hard op. Je moeder vindt dat meestal niet echt grappig. Of je schiet omhoog in Space Shot. Je wordt dan heel stevig in je stoel gedrukt. Nou, de kracht waarmee dat gebeurt heet G-kracht! Je hebt het idee dat je veel zwaarder bent dan normaal en eigenlijk is dat ook zo. Als je een weegschaal op je stoel zou leggen dan wijst ie misschien wel drie keer zoveel aan als normaal. GRAVITATIEVERSNELLING G-kracht is eigenlijk een combinatie van zwaartekracht en snelheid, of liever gezegd, versnelling. De G van G-kracht staat voor gravitatieversnelling. En gravitatie is een duur woord voor zwaartekracht. Dus G-kracht is een ander woord voor zwaartekrachtversnelling. G-krachten worden net als bijvoorbeeld windkracht uitgedrukt in cijfers. 1G is gelijk aan de zwaartekracht die je voelt als je op de grond staat. Als je dus gewoon stil staat voel je 1G. Of eigenlijk voel je die niet, want we zijn er aan gewend. Het is de zwaartekracht, de kracht die nodig is om je met je voeten op de grond te houden. Als de versnelling gelijk is aan 2G, voel je je 2x zo zwaar als je bent. En bij 10G voel je je 10x zo zwaar! 22 23

13 VAN SUPERZWAAR NAAR GEWICHTLOOS Tijdens een achtbaanrit verandert de G-kracht voortdurend. Ga je heel snel omhoog, dan wordt de G-kracht groter en word je in je stoel gedrukt. Val je omlaag dan voel je je lichter en is de G-kracht dus minder. Als je een weegschaal mee zou nemen in een achtbaan, dan kun je zien dat je soms meer en soms minder weegt. Op het hoogste punt van de achtbaan, vlak voor je naar beneden gaat, kun je zelfs even gewichtloos zijn. Dat betekent dus dat de zwaartekracht soms harder en soms minder hard aan je trekt. En soms even helemaal niet meer. Dan voel je je als een astronaut! In achtbanen voel je tot wel 5G, dat is nog leuk. Maar heel veel meer dan 5G moet het niet worden, dat is te gevaarlijk. Dan lukt het je hart niet meer om bloed naar je hersenen te pompen. Je gaat dan minder goed zien en wordt duizelig. Een straaljagerpiloot voelt soms wel meer dan 10G. Maar zij hebben dan ook speciale pakken aan en zijn er op getraind. CENTRIFUGALE KRACHT Tijdens een looping (als je ondersteboven gaat in een achtbaan) voel je je heel zwaar en wordt je lichaam heel stevig in je stoel gedrukt. Je hebt de veiligheidsbeugels eigenlijk niet eens nodig, de G-kracht zorgt ervoor dat je niet naar beneden valt. Je kunt dit vergelijken met een centrifuge, vandaar dat we dit ook wel centrifugale kracht noemen. Dit voel je ook in een zweefmolen

14 PROEF 1: HELIKOPTER Nodig: een plastic beker, knikkers, twee rollen plakband en touw. Maak het touw aan de bovenkant van de beker vast en doe er een paar knikkers in. Haal het touw door het rolletje plakband en maak het vervolgens vast aan het tweede rolletje. Zet de beker op tafel en houd het onderste rolletje vast. Draai ermee tot de bovenste rol door de lucht begint te cirkelen. Als je dit steeds sneller doet, zal het bekertje los komen van de tafel. Hoe kan dit? PROEF 2: CENTRIFUGE Nodig: een emmer, water om er in te doen en een klasgenoot. Pak de emmer en vul m met een bodempje water en slinger hem rond tot boven je hoofd. Het water blijft gewoon in de emmer! Als je klasgenoot de emmer op het hoogste punt tegenhoudt, valt de inhoud er uit. Nat hè? Hoe komt dat? 26 27

15 weetjes: kracht en beweging VERSNELLING: De snelheid van een voorwerp verandert MASSA: De hoeveelheid materiaal die een voorwerp bevat KRACHT: Een duwende of trekkende beweging op een voorwerp WRIJVING: De afremmende kracht die ontstaat tussen twee voorwerpen die tegen elkaar wrijven ZWAARTEKRACHT: De kracht waarmee de aarde aan een voorwerp trekt MASSATRAAGHEID: Voorwerpen blijven altijd bewegen in dezelfde richting G-KRACHT: Een versnelling die wordt uitgedrukt in de gravitatieversnelling, ook wel, zwaartekrachtversnelling genoemd SNELHEID: De afstand die een voorwerp aflegt in een bepaalde tijd De snelheid hangt af van de massa van het voorwerp Grotere massa s zijn langzamer Kleinere massa s zijn sneller BEWEGING: Een voorwerp dat van plaats verandert Beweging kan van snelheid of richting veranderen Beweging kan groter of kleiner worden 28 29

16 ANTWOORDEN ZWAARTEKRACHT Antwoord proef 1: De kracht van het omhoog gooien en de zwaartekracht waarmee de aarde aan de persoon trekt, zijn precies even groot. De krachten heffen elkaar op. Er is geen ondergrond waar op gesteund wordt: de persoon is dus heel even gewichtloos. Antwoord proef 2: Dat komt omdat het zwaarste deel van de ballon het sterkst door de zwaartekracht naar beneden wordt getrokken. De voeten hebben het minst last van de luchtweerstand. MASSATRAAGHEID Antwoord proef 1: Dit kan doordat het muntstuk lui of traag is. Het is zwaarder dan de kaart en er is meer kracht voor nodig om het in beweging te zetten. Maar als je niet snel genoeg trekt valt de munt niet in het glas, maar blijft ie op de kaart liggen. Dit komt omdat de wrijvingskracht tussen de munt en de kaart dan groter is dan de massatraagheid. Dus, hoe sneller je trekt, hoe kleiner de wrijvingskracht. Antwoord proef 2: Ieder voorwerp heeft de neiging om te blijven bewegen in dezelfde richting en met dezelfde snelheid. Tenzij er een kracht op wordt uitgeoefend in een tegengestelde richting. In dit geval stopte de auto, omdat er een kracht op werd uitgeoefend (de steen). Maar de pop zit los in de auto en komt niet in aanraking met de steen. De pop blijft door bewegen in dezelfde richting en met dezelfde snelheid. Daarom moet je in de auto altijd je autogordel om! TREKKRACHT Antwoord proef 1: Duwkracht! Bij duwkracht heeft het voorwerp waar de kracht op wordt uitgeoefend de neiging om in elkaar te gaan en korter en dikker te worden. Dit is in tegenstelling tot trekkracht, waarbij het voorwerp juist langer en dunner wordt

17 Antwoord proef 2: Als het speelgoedbeest van hoger valt, wordt er meer trekkracht op het elastiek uitgeoefend en rekt het verder uit. Als reactie wordt ook de trekkracht van het elastiek groter, waardoor het speelgoedbeest verder naar boven teruggetrokken wordt. Dus: hoe meer kracht er op het elastiek wordt uitgeoefend, hoe groter de trekkracht van het elastiek is. Met een zwaarder voorwerp wordt de trekkracht dus nog groter! Probeer het maar eens met je juf of meester. SNELHEID Antwoord proef 1: Dit komt omdat de bal wordt afgeremd door de lucht in de kamer. De bal verliest energie en gaat steeds langzamer. De bal heeft niet genoeg kracht meer om op het oude punt (tegen je neus) terug te komen. De luchtweerstand zorgt ervoor dat de snelheid en dus de uitslag steeds kleiner wordt; tot de bal stil hangt. Antwoord proef 2: Je hebt gezien dat een lege auto sneller en verder gaat dan een volle auto. Dat komt doordat de volle auto zwaarder is en er dus meer kracht voor nodig is om de auto in beweging te krijgen en te houden. Ook staat de zware auto eerder stil, omdat hij meer last heeft van de wrijving met de ondergrond. Hij wordt dus meer afgeremd. G-KRACHT Antwoord proef 1: Dit komt doordat als je het bovenste rolletje hard laat cirkelen er G-krachten op uitgeoefend worden. Het rolletje wordt steeds zwaarder. Deze G-krachten trekken het bekertje omhoog. Antwoord proef 2: Als de emmer ronddraait, ondervindt het G-krachten. De emmer voelt ook zwaarder aan dan wanneer je hem gewoon in je hand houdt. Deze G-krachten houden de inhoud in de emmer. Als de emmer opeens boven je hoofd tot stilstand wordt gebracht zijn er ook geen G-krachten meer en valt de inhoud naar beneden

18 SLOTWOORD Nou, als het goed is hebben de afgelopen lessen je iets geleerd over natuurkunde. Hopelijk heb je zelf ervaren dat natuurkunde echt heel leuk is, ondanks dat het soms best moeilijk te begrijpen is. Krachten zijn dus altijd aanwezig en je kan er altijd leuke dingen mee doen. Natuurlijk kun je deze krachten ook zelf ervaren in de attracties van Walibi Holland! Veel plezier! 34 35