2 de graad 2 de jaar (2uur) Hoofdstuk 1 : Inleiding : grootheden en eenheden

Transcriptie

1 - 1 - Inleiding Doel van de fysica: Waarneen Begrijpen Toepassen We neen een verschijnsel waar We zijn door dit verschijnsel geboeid We vragen ons af hoe het in elkaar steekt We zoeken een verklaring, foruleren een hypothese We stellen een odel op: Een voorstelling Een forule We onderzoeken of onze verklaring juist is We onderzoeken of het odel toepasbaar is voor analoge verschijnselen We zoeken praktische toepassingen We hebben hiervoor een systeatische werkwijze nodig. Het verschijnsel duidelijk oschrijven, de veranderende grootheden onderkennen. Afspraken aken over de gebruikte eenheden. Gepaste eettoestellen afhankelijk van de vereiste nauwkeurigheid. Nauwkeurige etingen uitvoeren van deze veranderende grootheden. De etingen verwerken naar een wiskundig verband, een odel. Dit odel toetsen aan andere waarneingen Natuurkundige grootheden en eenheden De waarde van een natuurkundige grootheid = getalwaarde x eenheid Voorbeeld : grootheid = getal x eenheid Een lengte van 5,5 lengte 5.5 Een assa van 6 assa 6 Een tijd van 20 s tijd 20 s O een grootheid aan te geven gaan we gebruik aken van sybolen. Hiervoor gebruikt en eestal een letter. De eenheden voor deze grootheden worden vastgelegd per conventie. Uit deze standaard grootheden volgen dan andere grootheden en hun eenheden. Het is gebleken dat en de eenheden van verschillende grootheden kan afleiden aan de hand van de drie hoofdeenheden : lengte, tijd en assa.

2 - 2 - Op de 11 de algeene conferentie over aten en gewichten te Parijs gehouden in 1961 en waar 2 landen vertegenwoordigd waren, werd de eter vastgelegd als het ,7 ste deel van de golflengte orangjerode spectraal lijn van Krypton 86 in vacuü. Dit was nodig odat de standaardeter (staaf uit 90% platina en 10% irridiu die het veertigiljoenste deel van een eridiaancirkel voorstelde en in het Nationaal Archief van Frankrijk lag) blijkbaar 0,2 tekort was en odat de wetenschap niet stil stond en toch een eer nauwkeurige eter (nu was de nauwkeurigheid beperkt tot 10-7 ) nodig had voor de oderne fysica. De kilogra is een ongelukje. De eenheid van assa had eigenlijk de grave oeten zijn. Dat was het idee van de Franse wetenschappers die eind achttiende eeuw het voorbereidende werk verrichten voor het invoeren van een rationeel stelsel van eenheden. De opdracht voor hun studie hadden ze gekregen van koning Lodewijk XVI. De grave zou de assa zijn van één liter water (en de volue-eenheid liter zou afgeleid worden van de nieuwe lengte-eenheid eter, eer bepaald gelijk aan één duizendste van een kubieke eter). De regering na de Franse Revolutie was overtuigd dat de grave een te grote eenheid was en dat er behoefte was aan een kleinere eenheid : de gra. Dit bleek echter al gauw veel te klein te zijn en de kilogra (de vroegere grave) werd ingevoerd. Door deze speling van het lot is de officiële eenheid van assa vandaag nog steeds opgezadeld et een ingebouwd,,prefix'' (kilo). Als enige van de zeven officiële SIeenheden. Bij de andere dienen prefixen (zoals illi, kilo, ega, centi) alleen aar o veelvouden of delen van de officiële eenheid aan te duiden, bij de kilogra zit een prefix ingebouwd in naa van de officiële eenheid zelf. De kilogra is een beetje het lelijke eendje van de eenheden. De definities van bijvoorbeeld de eter en de seconde verwijzen naar universele natuurverschijnselen. De kilogra daarentegen is heel arbitrair doweg de assa van het ding dat in Sèvres onder drie glazen stolpen in een kluis staat. Er is bovendien een gevaar aan verbonden. Nieand weet hoe stabiel de assa is van het blok platina en iridiu in Sèvres. Als het langzaa zwaarder of lichter wordt, bijvoorbeeld doordat er zich atoen uit de lucht aan vasthechten, of ervan loskoen, dan verandert de kilogra. Er zijn sterke veroedens dat de kilogra et de jaren inderdaad lichtjes aan het 'verdikken' is. De seconde is een traditionele eenheid, al sinds het begin van de zeventiende eeuw algeeen in gebruik, et een definitie die de eenvoud zelve lijkt: een seconde is één zestigste van een inuut, die is één zestigste van een uur, en dat is één vierentwintigste van een dag. Maar daar beginnen de oeilijkheden. Want wat is precies een dag (of etaal)? Gezien de opeenvolging van licht en donker op onze planeet allerinst volgens een strak 24-uurs-patroon gescheiden is, is en op zoek gegaan naar een juistere invulling van de seconde. Natuurkundigen hebben uiterst betrouwbare ethodes van tijdeting bedacht die niets eer te aken hadden et de Aarde of de Zon en hun eigenzinnige gedraai.

3 - - Atooklokken hielden de tijd veel nauwkeuriger bij dan de wispelturige Aarde. Daaro werd in 1967 een 'atoo'-seconde gedefinieerd, vanzelfsprekend zo gekozen dat hij zo goed ogelijk gelijk was aan de oude seconde. De seconde is de tijdsduur van perioden van de straling die overeenkot et de overgang tussen de twee hyperfijn-niveaus van de grondtoestand van het cesiu-1 atoo. Die definitie uit 1967 is ook vandaag nog van kracht. De atooseconde is zo gedefinieerd o pragatische redenen: de nodige etingen van de straling van cesiu- 1 (elektroagnetische straling, geen radioactiviteit) kunnen et buitengewone nauwkeurigheid uitgevoerd worden in het laboratoriu. Atooklok in het Federaal instituut voor Fysica en Technologie, in de oudste technische universiteit van Duitsland (Braunschweig vlakbij Hannover) De eenheden en afgeleide eenheden en hun verbanden zijn vastgelegd in een eenhedenstelsel. Wij gebruiken het Systèe International d Unites ook wel afgekort naar S.I. Grootheid Sybool Eenheid Definitie grondeenheid in S.I. stelsel lengte l 1 eter is het ,7- voudige van de golflengte van de straling die door 86 KR wordt uitgezonden bij de overgang van toestand 5d 5 naar toestand 2p 10 wanneer deze zich voortplant in vacuü assa De kilogra is de assa van de Internationale Standaardkilogra. tijd t s 1 seconde is het voudige van de duur van een periode van de straling die uitgezonden wordt door 1 Cs bij de overgang tussen de beide hyperfijnstructuurniveaus van de grondtoestand. O een onderverdeling te aken gebruiken we voorvoegsels: Afkorting voorvoegsel Macht T Tera G Giga 10 9 M Mega 10 6 k kilo 10 illi 10 - µ icro 10-6 n nano 10-9 p pico 10-12

4 - 4 - Wetenschappelijke notatie Gezien het er bij fysica vooral op aankot o bij etingen de juiste grootte te bepalen zal en in fysica aan de wetenschappelijke notatie de voorkeur geven. Bij de wetenschappelijke notatie gebruikt en één beduidend cijfer voor de koa en en een acht van 10. Wij spreken voor fysica echter af (tenzij en het in de opgave anders aangeeft) dat we één beduidend cijfer voor de koa schrijven, twee beduidende cijfers na de koa en en een acht van 10. 1,4. 10 k eenheid Macht van 10 Drie beduidende cijfers Let op 1. Bij ozetting naar de wetenschappelijke notatie gebruikt en voor de bepaling van de drie beduidende cijfers de afrondingsregels: 5,567 ronden we af naar 5, 57 want 7 > 5 5,56 ronden we af naar 5,56 want < 5 5,565 ronden we af naar 5,57 want 5 = 5 2. Bij ozetten naar wetenschappelijke notatie oet en een acht van 10 gebruiken: 524 = 5, ,672 k = 6, k 6782 = 6, ,0567 s = 5, s Taak 1 : Zet o naar wetenschappelijke notatie 0,0078 = = s = 0,07895 k =. 72,256 c =

5 - 5 - Lengteaten, oppervlakteaten en inhoudsaten en ozettingen: lengteaten G M k µ n Exponent vergroot oppervlakteaten G 2 M 2 k µ 2 n 2 Exponent vergroot inhoudsaten G M k µ n Exponent vergroot Operking: 1 l = 1 d 1 l = 10 - l = 1c Taak 2 : Zet o naar de aangegeven eenheid 5,27 = k 9, =. c 1, k =. 6, =... k 2 8,2. 10 l = d 2,58.10 p = M =...

6 Saenvatting: 2 de graad 2 de jaar (2uur) Basisgrootheden sybool eenheid Lengte Massa.. Tijd.. Ozettingen: Grootheid Voorvoegsel + Basiseenheid Tera, Giga, Mega, kilo, illi, icro, nano, pico Exponent vergroot Operking: 1 l =.. d 1 l = l = c Wetenschappelijke notatie en afspraak voor fysica les: 1 cijfer voor de koa. 2 cijfers na de koa - acht van 10 - eenheid Noteer hier je eigen operkingen en aanvullingen en geheugensteuntjes:

7 - 7 - Naa:... Klas:... Taak : Zet o naar de aangegeven eenheid en gebruik de wetenschappelijke notatie Wetenschappelijke notatie Ozetting 0,002 dg = = 1424 ton = = dag 0,5 l = = = = 7515 c = = k 4140 g = = hg 8η = = c 450 c = = h 615 l = = d 0,008 µ = =

8 - 8-0,5689 k 2 = = 2 698,254 = = l 0, = = g = = M g = = 20 = = l Een doordenkertje: Een vlug groeiende boneplant verdubbelt elke dag in hoogte en bereikt op de 6ste dag de aan. Na hoeveel dagen is de plant halfweg de aarde en de aan?.

9 - 9 - Naa:... Klas:... Taak 4: Noteer et achten van 10. vb. 500k =, k =, =.. 0,5 =...c =... 0,0006 = l =....d = = 0 dagen =.. in =..s 0, =. 80 = = k 2,8 g =. g 12 c =... 46,7 =..g 1,29 l g = Taak 5: Beide factoren eerst als acht van 10 schrijven en dan uitwerken: vb , , = 8 = 5, , ,2.10 = =. 7, ,8.10 = = ,00008 = = 0, , ,004 = = , = =.. 0,0058

10 Naa:... Klas:... Taak 6: Herleiden naar de aangegeven eenheid. Eerst beide factoren herleiden, dan de bewerking uitvoeren. 1,5 µ 7500 = =.k k 45k 4 M = = p 1h = =. s 0,015 µ g = =.g 0, = 0,05 G =.k = N. 2,5 k =. J 8400 pg =.g =.. µ g 0,00005 ton =.. µ g Taak 7: Geengde oefeningen 40 dagen =.in =.s =.s 1,7 10 0, =... = g c =... =... 0, =... =... 0,0052 g l =... =... 0,005 0,00045 =... =...

11 M h =... s =... s 7, =... =...