Havo 4 - Practicumwedstrijd Versnelling van een karretje

Transcriptie

1 Havo 4 - Practicumwedstrijd Versnelling van een karretje Vandaag gaan jullie een natuurkundig experiment doen in een hele andere vorm dan je gewend bent, namelijk in de vorm van een wedstrijd. Leerdoelen Vakinhoudelijk Het doel van dit practicum is het bepalen van de versnelling van een karretje dat van een helling afrijdt. Voor het bepalen van deze versnelling maak je gebruik van een tijdtikker. Vaardigheden het formuleren van een hypothese met onderbouwing; het volkomen zelfstandig uitvoeren van een natuurkundig experiment aan de hand van theorie en een opdrachtbeschrijving; het leren werken in teamverband; het bondig kunnen uitleggen van een experiment aan medeleerlingen. De wedstrijd Jullie zijn onderverdeeld in vier teams van 4 à 5 leerlingen. Winnaar van de wedstrijd zal zijn het team dat zo nauwkeurig mogelijk de uitkomst van hun experiment heeft voorspeld. Voor het van de wedstrijd krijgen jullie 5 minuten de gelegenheid om zorgvuldig de theorie over de tijdtikker en de opdrachtbeschrijving te bestuderen. Nadat je de instructies bestudeerd hebt, gaan jullie gezamenlijk in jullie team: een hypothese formuleren, waarin je aangeeft welke uitkomst je verwacht van dit experiment; een uitleg formuleren bij hypothese, waarin je uitlegt hoe je aan bovengenoemde uitkomst bent gekomen; de taken voor het experiment verdelen. Hiervoor krijgen jullie 10 minuten de tijd. Na 10 minuten moet je het papier met hypothese inleveren bij de docent. Voor het uitvoeren van het experiment is precies 25 minuten beschikbaar. Als deze tijd om is, leveren jullie het resultaat in bij de docent. De beschikbare tijd is erg kort, dus komt het aan op een goede verdeling van de taken binnen jullie team. Aan het e zal het winnende team bekend worden gemaakt. Behalve dat zij een prijs in ontvangst zullen nemen, zullen zij ook een korte presentatie geven van 5 minuten over de uitvoering van hun experiment.

2 Versnelling van een karretje pag. 2 Beschrijving van de opdracht Je gaat de versnelling bepalen van een karretje dat van een helling afrijdt. Voor het bepalen van de versnelling van het karretje maak je gebruik van een tijdtikker. Met de tijdtikkerstrook die je hebt gemaakt kun je de versnelling in stappen uitrekenen. Hiervoor maak je gebruik van het bijgevoegde werkblad. Bij deze opdracht vind je extra uitleg over het gebruik van de tijdtikker en het aflezen van de tijdtikkerstrook. Bestudeer deze uitleg goed voordat je t met het uitvoeren van het experiment.

3 Versnelling van een karretje pag. 3 Theorie tijdtikker Werking Een tijdtikker is een apparaat dat 50 stipjes per seconde op een strook papier kan zetten. Wanneer de strook papier die door de tijdtikker loopt wordt vastgemaakt aan een bewegend voorwerp, wordt de beweging van dat voorwerp zichtbaar. Uit de gegevens op de strook kunnen de tijd en de afstand bepaald worden. Met deze gegevens kunnen vervolgens snelheden berekend worden. Grootheden en eenheden: grootheid symbool Eenheid symbool tijd t Seconde s afstand s Meter m snelheid v meter per seconde m/s Beweging met een constante snelheid. Een beweging met een constante snelheid levert de volgende strook op: Dat de snelheid tijdens deze beweging constant was, is te zien aan de gelijke afstand tussen de stipjes. Dat betekent namelijk dat er iedere keer in dezelfde periode, dezelfde afstand is afgelegd. De gemiddelde snelheid tijdens deze beweging kan als volgt bepaald worden: v gemiddeld = s / t De afstand tijdens deze beweging kan bepaald worden door op de strook de afstand tussen de eerste () en de laatste stip () te meten. Dit is immers de afstand waarover de strook door de tijdtikker is getrokken en dus de afstand die het voorwerp heeft afgelegd. Als er 50 stippen in één seconde worden gezet is de tijd tussen twee stippen 1/50 van een seconde. Een interval, de tijd tussen twee stippen, duurt dus 0,02 seconde. De totale tijd van de beweging is te bepalen door het totale aantal intervallen te tellen en dit aantal te vermenigvuldigen met de tijd per interval. Let op: Het totale aantal intervallen is altijd precies één kleiner dan het totale aantal stippen. s = 13, s = 13,3 cm = 0,133 m t = 14 x 0,02 = 0,28 s v gemiddeld = s / t = 0,133 / 0,28 = 0,48 m/s

4 Versnelling van een karretje pag. 4 Beweging met een veranderende snelheid Een beweging waarbij de snelheid verandert levert bijvoorbeeld de volgende strook op: Dat de snelheid tijdens deze beweging toenam, is te zien aan de toenemende afstand tussen de stipjes. Dat betekent namelijk dat er iedere keer in dezelfde periode, een grotere afstand is afgelegd. De gemiddelde snelheid tijdens deze beweging kan op dezelfde manier bepaald worden als bij een beweging met een constante snelheid. De gemiddelde snelheid in één interval is ook op deze manier te bepalen v = s/t = 0,059 / 0,02 = 2,95 m/s v = s/t = 0,001 / 0,02 = 0,05 m/s

5 Versnelling van een karretje pag. 5 Instructies practicum Aanpak Je gaat de versnelling van het karretje bepalen uit een (v,t)-diagram. Uitvoering Stel de plank onder een helling op. Neem hooguit 1 meter tijdtikkerband en bevestig dit aan het karretje. Laat het karretje pas los op de helling nadat de tijdtikker is gestart. Meting + uitwerking: Laat de eerste punten op de tijdtikkerstrook buiten beschouwing als deze te dicht bij elkaar staan, maar laat niet te veel punten weg. Neem voor de tijd van de eerste stip die je meeneemt: t=0. De rechte lijn in de grafiek die je moet gaan maken zal dan niet door de oorsprong lopen. Je streept op de strook iedere vijfde stip aan. Dus je neemt steeds vijf tussenruimtes die samen 5 x 1/50 = 0,10 s duren. Meet de lengte x van ieder stuk op en noteer deze waarden in de TABEL. Bereken de snelheid (v) van ieder stuk in m/s. Ieder stuk wordt afgelegd in 0,10 s dus deel je de gemeten lengte door 0,10 s. Zet de waarden in de TABEL. Bepaling van de versnelling met een grafiek Een nauwkeurige manier om de versnelling van het karretje te bepalen is de metingen te verwerken in een grafiek. a) Teken de berekende waarden van de gemiddelde snelheid (die in de tabel staan) als meetpunten in het DIAGRAM. Zet verticaal de snelheid v uit in m/s en horizontaal de tijd t in seconde. b) Aan de meetpunten kun je zien dat ze op een rechte lijn horen te liggen. Teken door de meetpunten een rechte lijn door de oorsprong. Als de meetpunten niet precies op een rechte lijn liggen, trek de rechte lijn dan zo dat er ongeveer evenveel punten boven als onder de lijn komen te liggen. c) Kies nu twee ver uit elkaar gelegen handige punten op de lijn (dit hoeven geen meetpunten te zijn). Bepaal voor deze twee punten de groei van de snelheid ( v) en de daarvoor benodigde tijd ( t). d) Je kunt nu de versnelling berekenen met behulp van onderstaande formule: versnelling = toename snelheid de benodigde tijd f vf = =... m/s 2 t

6 Havo 4 - Practicumwedstrijd Versnelling van een karretje Hypothese Wij verwachten dat het karretje een versnelling zal hebben van Wij denken dit omdat: Extra toelichting of tekeningen:

7 Versnelling van een karretje pag. 7 TABEL Stuk nr Begintijd Eindtijd x (cm) v (m/s) Stuk nr Begintijd Eindtijd x (cm) v (m/s) DIAGRAM Berekeningen Conclusie De versnelling van het karretje is