technische principes bij statische constructies (bouwwerken, weg- en waterbouw, meubilair, verpakkingsmateriaal enzovoort)

Transcriptie

1 Technische principes NB Deze overzichten zijn niet bedoeld voor de leerlingen! De principes met een vierkante, gele bullet zijn het belangrijkst. technische principes bij statische constructies (bouwwerken, weg- en waterbouw, meubilair, verpakkingsmateriaal enzovoort) De keuze van materialen, vormen en verbindingen bepaalt wat de mogelijkheden, functies en de kwaliteiten zijn van een constructie. Stevigheid Een fundering verstevigt de basis van een bouwwerk. Het metselverband (in verband bouwen) bepaalt mede de sterkte van een muur die is opgetrokken uit bouwstenen. Met driehoeken maak je een constructie star, stijf en stevig (vormvast); toepassingen vind je in open constructies zoals vakwerkconstructies en skeletbouw (ook bij bouwen in school met rietjes, satéstokjes, bamboe en dergelijke), bij bruggen, stellingen en steigers, hoogspanningsmasten, enzovoort. Met profielen kun je met relatief weinig materiaal een grote stevigheid realiseren. Vergelijk bijvoorbeeld de stevigheid van een papierstrook met die van eenzelfde strook die in de lengterichting één of meerdere malen gevouwen is. Veelgebruikte profielen zijn T-profielen, U-profielen, L-profielen en O-profielen (kokers). Toepassingen hiervan vind je bijvoorbeeld in metalen draagbalken, bij fietsen, in kunststof kratten en boterkuipjes. Met bogen (ook gebogen gewelven en koepels) kun je een dragende constructie verstevigen; denk aan boogbruggen, tunnels, koepeltentjes, overkappingen en oude kerkgebouwen. Stabiliteit Een fundering verhoogt de stabiliteit van een bouwwerk: het zal daardoor niet zo gemakkelijk scheefzakken. Bij een slappe bodem verstevigt men de ondergrond met heipalen. Een bredere basis draagt net als evenwicht bij aan de stabiliteit van een hoog bouwwerk, zoals een toren. Met tuidraden kun je bijvoorbeeld hoge zendmasten of een tent op zijn plaats houden. Met steunberen is een vrijstaande muur beter tegen omvallen bestand. Verbindingen Verbindingen zijn van cruciaal belang voor de stevigheid en voor de vormvastheid of beweeglijkheid (zie Technische principes bij mechanische (beweeglijke) constructies hierna) van constructies die uit onderdelen zijn samengesteld. Ook bij sloten en sluitingen spelen ze een centrale rol. We onderscheiden al naargelang hun aard: blijvende of tijdelijke verbindingen; tijdelijke verbindingen zijn van belang bij onderhoud, reparatie of vervanging (lamp/fitting), bij afstelling (hoogte fietszadel) of bij frequent openen en sluiten 1 van 5

2 (veters, klittenband, schroefdop); voorbeelden van blijvende verbindingen zijn metselen, lassen en klinken; vaste of beweeglijke verbindingen (bout en moer c.q. scharnier). Je kunt verbindingen ook onderscheiden door te letten op de technische aard van de verbinding: materiaalverband; met het materiaal zelf worden verbindingen tot stand gebracht door het te twijnen, te vlechten/weven, te knopen, te vervormen en dergelijke (bijvoorbeeld riet en stro, textiele weefsels, ijzergaas); materiaalverbinding; extra materiaal zorgt voor de verbinding tussen onderdelen (bijvoorbeeld lijm in vele soorten, specie, soldeertin, tape, touw en naaigaren); vormverbinding; hierbij wordt de vorm van twee samenstellende delen gebruikt voor de verbinding, zoals de schroefdraad van dop en fles, de klemverbinding van een boterkuipje, bij een legpuzzel, in elkaar passende Lego- of K nex-onderdelen, zwaluwstaartverbinding in hout; voorwerpverbinding; een extra voorwerp brengt de verbinding tussen onderdelen tot stand, zoals bouten en moeren, haakjes en ogen, splitpen, ritssluiting, knoop, magneet, nietje en paperclip. Zie ook: Copic, J. (2008) Techniek in de basisschool; gewoon doen! Apeldoorn: Garant; nl/orientatieopjezelfenwereld/f-kdorientatiejezelfenwereld.html (in tussendoelen en leerlijnen worden alle roodgekleurde aspecten specifiek genoemd!) en technische principes bij mechanische (beweeglijke) constructies (bewegings- en overbrengingsprincipes bij transportmiddelen, speelgoed, kermisattracties, gereedschap, pop-upkaarten enzovoort) Hefbomen Met hefbomen kun je de uitgeoefende kracht vergroten (bijvoorbeeld nijptang, koevoet). Met hefbomen kun je de verplaatsing vergroten (denk aan een meervoudig schaarmechaniek). Met hefbomen kun je de bewegingsrichting veranderen (bijvoorbeeld wip). Wielen en assen Met wielen en assen of met rollen kun je wrijving verminderen (net als bij kogellagers). Met wielen en assen kun je een draaiende beweging omzetten in een rechtlijnige beweging (bijvoorbeeld lier of windas; gordijnrunners) of omgekeerd (auto aanduwen of slepen). Wat gebeurt er bij een jojo? Met wielen en assen kun je energie opslaan (in een verzwaard, zogenoemd vliegwiel). Tandwielen Met tandwielen kun je de draaisnelheid en draaikracht veranderen (zoals bij een fiets of handmixer). Uit het aantal tanden van twee in elkaar grijpende tandwielen kun je de overbrengingsverhouding (versnelling/vertraging) berekenen. Met een even aantal tandwielen kun je de draairichting omkeren. Verbonden via een ketting draaien twee tandwielen (kettingwielen!) in dezelfde richting. 2 van 5

3 Met tandwielen kun je de draairichting over een hoek van 90º veranderen (kroontandwiel, conische tandwielen, wormwiel). Met de combinatie van tandwiel en tandheugel (een getande staaf of balk) kun je een ronddraaiende beweging omzetten in een rechtlijnige beweging of omgekeerd (bijvoorbeeld bankschroef, sommige kurkentrekkers). Tandwielen kunnen als palrad dienstdoen. De pal zorgt ervoor dat draaiing maar in één richting mogelijk is. Katrollen Met een (vaste) katrol kun je de richting van de uitgeoefende kracht veranderen (ophijsen). Met een losse katrol kun je de uitgeoefende kracht vergroten (bij een takel van een pakhuis of takelwagen zijn losse en vaste katrollen gecombineerd). Snaarwielen Met snaarwielen kun je de draaisnelheid en draaikracht veranderen. Uit het verschil in omtrek van drijver en volger kun je de overbrengingsverhouding berekenen. Met snaarwielen kun je de draairichting omkeren (gekruiste snaar). Diverse Met een krukas, een nokkenwiel (een schijf die niet cirkelrond is) of een excentriek (een ronde schijf die niet rond zijn middelpunt draait) kun je een ronddraaiende beweging veranderen in een op en neer of heen en weer gaande beweging. Met een combinatie van drijfstang en krukas kun je een rechtlijnige beweging omzetten in een draaiende beweging (oude stoomlocomotief). Welke overbrengingen kun je toevoegen? Zie verder (voor animaties en ter inspiratie): en technische principes bij energie (energieomzettingen, elektriciteit, pneumatiek en hydrauliek enzovoort) Algemeen Bij gebruik van techniek is altijd sprake van omzetting van energie. Bij het aanwenden van energie wordt altijd de ene vorm in een of meer andere vormen omgezet, zoals elektriciteit in licht, geluid en warmte bij een televisie of brandstof (chemische energie) in beweging en warmte bij een auto. Welke energieomzettingen vinden er plaats bij een mobieltje dat op oplaadbare batterijen werkt? En bij iemand die een duurloop doet? Bij duurzame energiebronnen maken we gebruik van natuurkrachten (zonne-energie, wind, stroming van water, getijdenbeweging) voor het opwekken van energie. Denk bijvoorbeeld aan windturbines en watermolens. Aan huis zijn dat bijvoorbeeld zonnepanelen op het dak of 3 van 5

4 zonnecellen in gebruiksvoorwerpen voor het opwekken van elektriciteit of zonneboilers waarmee we warm water kunnen produceren. Warmte Warmteverlies kun je beperken door stroming of geleiding van warmte te beperken/verhinderen en/of door warmtestraling tegen te houden. In een thermosfles worden al deze vormen in combinatie toegepast! En hoe blijf jij warm met verschillende soorten kleding? Elektrische energie In elektrische schakelingen loopt er alleen stroom bij een gesloten circuit (een stroomkring). Sommige materialen geleiden stroom (zoals alle metalen), andere niet (isolatoren zoals plastic, rubber en hout). Water is een matige stroomgeleider. In een schakeling met meerdere stroomkringen kun je met schakelaars bepalen hoe de stroom loopt en dus ook welke ingebouwde onderdelen werken, zoals lampjes en motortjes. Pneumatiek (en hydrauliek) zie ook Pneumatiek betreft het gecontroleerd gebruik van samengeperste lucht om beweging te veroorzaken (Voldoet een ballonboot hieraan? En een waterraket?). Bij hydrauliek wordt water in plaats van lucht aangewend. Dat is effectiever, maar het zorgt bij lekkage meestal ook voor grotere problemen (troep). Via cilinders (bijvoorbeeld injectiespuiten, uiteraard zonder naald) kan samengeperste lucht de zuiger naar buiten drukken en zo zorgen voor een rechtlijnige beweging. Twee van dergelijke cilinders, die met een slangetje onderling zijn verbonden, kunnen elkaar op afstand een lineaire beweging laten uitvoeren. Met zo n vorm van bewegingsoverdracht van input naar output, kun je op afstand en in iedere gewenste richting iets voortduwen. Via kleppen kan de luchtverplaatsing en dus de beweging gereguleerd worden. technische principes bij informatie- en communicatietechniek (tijdklok, sensoren en actoren enzovoort) Communicatie Voor communicatie/overdracht van informatie zijn een zender en een ontvanger nodig. Sensoren zijn technische hulpmiddelen om (kleine veranderingen in) informatie te registreren. Dat leidt tot een signaal en/of een andere reactie van het apparaat waar de sensor deel van uitmaakt. Veelgebruikte sensoren zijn de temperatuursensor, de lichtsensor, de geluidsensor en de druksensor. 4 van 5

5 Automaten Veel apparaten om ons heen doen automatisch hun werk. Die werking berust op informatie die ze ontvangen of al opgeslagen hebben. Als we een broodrooster aanzetten, stellen we feitelijk een tijdschakelaar in. Nu weet het apparaat hoe lang het verwarmingselement moet werken. Dit is een voorbeeld van meet- en regeltechniek. Door (al dan niet via sensoren) te detecteren of te meten, kan een apparaat een bepaald onderdeel aansturen. De thermostaat in huis of een temperatuursensor buiten bepaalt of de ketel van de centrale verwarming aan moet springen of af moet slaan. Een voorbeeld dat leerlingen zelf kunnen maken, is een deurmatalarm. Ga na wat er gedetecteerd/gemeten en geregeld wordt in een van de volgende apparaten: stoomstrijkijzer, koffiezetapparaat, stortbak, geldautomaat, verkeerslicht, airbag of automatische schuifdeur. Robots en domotica Je hebt vast al eens te maken gehad met robots, bijvoorbeeld als je met een auto volautomatisch door de wasstraat geleid werd. Ook hier zorgen tal van sensoren er bijvoorbeeld voor dat de borstels goed staan afgesteld en dat er op geëigende momenten water, was en lucht in de juiste richting worden toegevoerd. Robots kunnen vervelende of gevaarlijke klussen van mensen overnemen, van stofzuigen en grasmaaien via lopendebandwerk tot het inspecteren van rioleringen en opslagtanks van ongezonde chemische stoffen. De toepassing van robotica in huis is geen verre toekomstmuziek meer. Je hebt vast weleens gehoord van domotica (domus = huis)! 5 van 5