Kies jij natuurkunde?

Transcriptie

1 Kies jij natuurkunde? Lesmateriaal afbuigers havo/vwo Differentiatie 3 havo/vwo SLO nationaal expertisecentrum leerplanontwikkeling

2

3 Kies jij natuurkunde? Lesmateriaal afbuigers havo/vwo Januari 2011

4 Verantwoording 2011 SLO (nationaal expertisecentrum leerplanontwikkeling), Enschede Alle rechten voorbehouden. Mits de bron wordt vermeld is het scholen toegestaan zonder voorafgaande toestemming van SLO deze uitgave geheel of gedeeltelijk te kopiëren dan wel op andere wijze te verveelvoudigen voor gebruik in en ten behoeve van de school. Auteur: Jos Paus Eindredactie: Lieke Meijs Informatie SLO Afdeling: Onderbouw VO Postbus 2041, 7500 CA Enschede Telefoon (053) Internet: AN:

5 Inhoud Voorwoord 5 Thema: Zon, aarde en maan 7 Dag- nachtritme, de sterrenhemel 9 Maan en seizoenen 15 Verduisteringen (1) 21 Verduisteringen (2) 27 Ons planetenstelsel 33 Leven op- of bij een planeet 39 Leven op een planeet: presentaties 45 Informatiebladen 47 Werkbladen 49 Thema: Bewegen 53 Introductie, inleiding grafieken, inleiding metingen 55 Meten aan een film! 57 Een beweging op video vastleggen 59 Het vallende voorwerp 61 De toets 63 Een eigen onderzoek 65 Werkbladen 66

6

7 Voorwoord Deze module is bedoeld om je een bewuste keus te laten maken of het vak natuurkunde in de vierde en volgende klas iets voor jou is of niet. Je hebt een voorlopige keus gemaakt: je schat nu in dat het vak in de bovenbouw niets voor jou is. Als je het niet kiest, willen we je nog belangrijke zaken meegeven waarvan wij denken dat je deze ooit nog gaat gebruiken. En mochten deze lessen je toch allemaal heel makkelijk afgaan, dan kun je nog overwegen naar de andere groep over te stappen van leerlingen die het vak wel denken te gaan kiezen. Dit materiaal kan naast je leerboek worden gebruikt. Jouw docent zal in de ruimte 'Uit het boek' aangeven welke onderdelen je dán nodig hebt. Verder wordt in dit materiaal soms verwezen naar werkbladen: deze zijn achteraan toegevoegd, soms is het handiger om ze met een computer te gebruiken. Een enkele keer ga je een rekenblad invullen. Vraag je docent om deze bestanden. Ik wens je veel plezier met het uitwerken van deze module. Als je zelf leuke voorbeelden maakt, goede ideeën hebt of mij op iets wilt wijzen: mail mij gerust. Jos Paus 5

8

9 Thema: Zon, aarde en maan 7

10

11 Dag- nachtritme, de sterrenhemel Les 1 Wat je moet kennen en kunnen: De draaiing van de aarde bepaalt ons dag en nachtritme. Het is niet overal even lang dag of nacht. Je kunt de draaiing van de sterrenhemel verklaren. Je kunt uitleggen waarom sommige sterren(beelden) de hele nacht zichtbaar zijn. Uit het boek Bestudeer de volgende bladzijden uit je leerboek:.. Opgaven Maak de volgende opgaven:.. 9

12 De draaiing van de aarde om zijn as Als de aarde stil zou staan en niet om de zon zou draaien, krijgen we door de draaiing van de aarde om zijn eigen as ons eigen dag- en nachtritme. De aardas blijft in de ruimte altijd dezelfde stand aannemen (afgezien van een langzame variatie waar we nu niet naar zullen kijken). De helft van de aarde wordt verlicht door de zon, de andere helft niet. De aarde draait in 24 uur één keer om zijn eigen as. 1. Stel je voor: je staat op de Noordpool (met een dikke jas aan). Je kijkt dan altijd naar het zuiden. Leg nu eens uit hoe je draait: met de klok mee of tegen de klok in. Hoe kun je dat weten? 2. Stel je voor: de zon staat in het vlak van de hieronder staande figuur, aan de linkerkant. Je krijgt dan de situatie zoals hieronder schematisch is getekend. fig.1 Leg uit of het op de Noordpool 24 uur dag of nacht is 10

13 De draaiing van de aarde om zijn as 3. Stel je voor: nu staat de aarde aan de andere kant van de zon, de stand van de draaias van de aarde blijft hetzelfde. Leg uit of het gegeven antwoord op vraag 2 nog steeds hetzelfde zou zijn. 4. Kees zegt: Als de draaias van de aarde rechtop zou staan, zou het voor iedereen 12 uur dag en 12 uur nacht zijn. Leg uit of Kees gelijk heeft. Kijk naar de getekende situatie. Stel je voor, je kijkt een kwart jaar later. 5. Leg uit waar de dagen langer zijn dan de nachten in de getekende situatie. Als je hier geen antwoord op kunt geven, vraag dan aan de docent of je een aardglobe mag gebruiken. 6. Is het nu steeds dag op de Noordpool? En op de Zuidpool?

14 De sterrenhemel Als je s nachts naar de sterrenhemel kijkt, lijkt het alsof de sterrenhemel draait, je ziet sterren opkomen en dalen (als je een hele avond zou kijken). De sterren lijken te draaien om de aardas. Omdat de aardas naar de poolster wijst, lijkt het alsof de poolster stil staat en alle sterren daar omheen draaien. Beantwoord nu de volgende vragen 1. Hoe komt het dat het lijkt alsof de sterren draaien om de aardas? 2. Leg uit of er sterren zijn die nooit ondergaan. Je gaat gebruik maken van een planetariumprogramma. Dit programma tekent de sterrenhemel op het scherm zoals het op dat moment ook aan de hemel zou staan (als het helder is). Je docent demonstreert het programma Sterwin74 even voor je om je een aantal zaken te laten zien: De verschillende projectiemethoden: bolprojectie, raamzicht, zenitzicht. Sterrenbeelden. Azimuth en hoogte. Baan van de zon aan de hemel. 3. Welke sterrenbeelden zijn het gehele jaar zichtbaar voor ons? 12

15 De sterrenhemel 4. Wat is de helderste ster die vanavond rond uur aan de hemel is te zien voor ons? 5. In de winter zien we laag aan de horizon een erg heldere ster. Rechtsboven deze ster zien we een drietal sterren schuin naast elkaar staan. Ga na hoe de heldere ster heet en ga na hoe het sterrenbeeld heet met de drie sterren op een rij. 6. De heldere ster van de vorige vraag, lijkt een beetje te bewegen als ik naar de ster kijk. Dat is natuurlijk vreemd, want die ster staat héél erg ver weg. Toch lijkt de ster een beetje te dansen. Leg uit hoe dat kan. 13

16 De sterrenhemel 7. Kun je nagaan hoe laat de zon vandaag ondergaat? 8. Wat is de maximale hoogte die de zon aan de hemel bereikt op 21 december? En op 21 juni? 14

17 Maan en seizoenen Les 2 Wat je moet kennen en kunnen: Je kunt de fasen van de maan verklaren met behulp van de bewegingen van de maan om de aarde. Je kent de beweging van de aarde om de zon. Je kunt het optreden van de seizoenen verklaren door de beweging van de aarde om de zon. Je kent de denkbeeldige cirkels die gebruikt worden om plaats te bepalen op aarde. Uit het boek Bestudeer de volgende bladzijden uit je leerboek:.. Opgaven Maak de volgende opgaven:.. 15

18 Draaiing van de maan om de aarde Draaiing van de maan om de aarde. Omdat de maan om de aarde draait, wordt de maan vanuit de aarde steeds anders belicht. Hiernaast staat een plaatje waarin dit schematisch is aangegeven 1. Het zonlicht komt van rechts, de maan draait, weer vanuit de Noordpool gezien, tegen de klok in om de aarde. Over één draaiing doet de maan ongeveer 29,5 dag. Dit is de tijd tussen twee opeenvolgende nieuwe maan. Omdat de maan een opvallend verschijnsel aan de hemel is, werd en wordt de beweging van de maan gebruikt om de tijd te bepalen. Het Islamitische jaar telt 12 maanmaanden en is als zodanig 11 dagen korter dan het zonnejaar (12x29,5=354 dagen). Wij merken dat omdat belangrijke feestdagen (bijvoorbeeld het Suikerfeest) ieder jaar circa 1,5 week vroeger valt. In het plaatje hierboven lijkt het alsof het vlak waarin de aarde om de zon draait samenvalt met het vlak waarin de maan om de aarde draait. Dat zou betekenen dat nieuwe maan altijd een schaduw op de aarde werpt en dat bij volle maan de maan steeds in de schaduw van de aarde komt. Er zouden dan per maanmaand twee verduisteringen optreden. 1. Welke verduistering zou dan optreden bij 'volle maan'? 1 In onderstaand filmpje kun je de maanstanden bekijken: 16

19 Draaiing van de maan om de aarde In werkelijkheid maken de twee bewegingsvlakken een kleine hoek met elkaar zodat bij volle maan en nieuwe maan de zon, aarde en maan nog wel in één vlak staan, maar niet meer in één lijn. 2. Schets de werkelijke situatie bij 'volle maan' 17

20 Draaiing van de aarde om de zon De aarde draait in circa 365 dagen één keer om de zon. De afstand van de aarde tot de zon varieert tussen de 147 en 152 miljoen kilometer. Deze variatie is niet genoeg om het voorkomen van de seizoenen te verklaren. Daarvoor moeten we ook kijken naar de stand van de aarde ten opzichte van het vlak waarin de aarde om de zon beweegt. In de eerste les heb je gezien dat de draaias van de aarde ca. 23,4 graden maakt ten opzichte van het bewegingsvlak van de aarde om de zon. Als de Noordpool naar de zon is gericht, vallen de lichtstralen van de zon steiler in op het noordelijk halfrond. Dáár is het dan zomer. Op het zuidelijk halfrond daarentegen vallen de lichtstralen minder steil in, de zon staat daar dan lager aan de hemel. Daar is het op dat moment dus winter. Dus: als het Kerstmis is in Nederland, met sneeuw en rendieren, liggen de mensen in Australië aan het strand in de zon! Hieronder zie je een schematische voorstelling van de beweging van de aarde. Natuurlijk zijn hier de afmetingen van de aarde en de zon en de afstand niet op schaal. In deze figuur zijn vier momenten aangegeven: midzomer (zomer solstitium), zonnestralen vallen voor het noordelijk halfrond het steilst in; midwinter (winter solstitium); herfst- en lente- equinox: op deze momenten vallen de zonnestralen loodrecht op de evenaar. Als je in een atlas kijkt naar een wereldkaart, dan staan er op de aardbol cirkels die door de polen lopen. Dit zijn de lengte- cirkels of meridianen. De meridiaan die door Greenwich (Engeland) loopt, wordt de nulmeridiaan genoemd. De andere cirkels geven de plaats aan ten opzichte van deze nulmeridiaan. We spreken over oosterlengte als de plaats ten oosten van Greenwich ligt (bijvoorbeeld: Amsterdam ligt op ca. 5 graden oosterlengte). Als de plaats ten westen van Greenwicht ligt spreken we over: westerlengte. 18

21 Draaiing van de aarde om de zon 1. Ga na op welke meridiaan San Francisco ligt. En Tokyo? We zeggen dat de zon opkomt in het oosten en ondergaat in het westen 3. Is het in Tokyo later of vroeger dan bij ons? Als de zon om 12 uur in Greenwich op het hoogste punt staat, zal de zon op een plaats 15º ten westen van Greenwich precies een uur later op het hoogste punt staan. Dat betekent dat áls je weet hoe laat de zon (of een andere ster!) precies in het zuiden staat én je weet hoe laat het dan in Greenwich is, dan kun je je plaats ten opzichte van Greenwich bepalen! Navigatie op zee was vroeger erg moeilijk omdat het even duurde voor men een goede klok had die ook goed op tijd bleef staan op volle zee! Als we weer even teruggaan naar de lijnen die je op de wereldkaart in de atlas kunt vinden, dan zien we ook lijnen getekend die evenwijdig lopen met de evenaar. Dit zijn de breedtecirkels. Je ziet dat de breedtecirkels kleiner worden naarmate je dichterbij de polen komt. Als het in Amsterdam midden op de dag is, zal de zon in Marseille iets hoger aan de hemel staan op dat moment. Dat komt omdat Marseille dichter bij de evenaar ligt. Dus: de zonshoogte op een bepaald moment is bepalend voor de plaats op aarde wat betreft de breedte. Op deze manier, gecombineerd met de lengtebepaling kan men de plaats op aarde bepalen. Tegenwoordig bepaalt men de plaats op aarde niet meer met behulp van (natuurlijke) hemellichamen zoals de zon en de sterren, maar met behulp van satellieten. 4. Amsterdam en Lagos (Nigeria, ligt in de buurt van de evenaar) liggen vrijwel op dezelfde meridiaan. In beide steden staat de zon na 24 uur weer vrijwel op dezelfde plaats. Toch is de cirkel die Amsterdam beschrijft kleiner dan de cirkel die Lagos beschrijft. Leg uit wat dat betekent voor de snelheid van de twee plaatsen ten gevolge van de draaiing van de aarde. 19

22 Draaiing van de aarde om de zon Er zijn een vijftal breedtecirkels waar we even goed naar moeten kijken: 1. De evenaar. 2. De Kreeftskeerkring en Steenbokkeerkring. 3. De noordpoolcirkel en zuidpoolcirkel. Alle cirkels hebben iets te maken met de stand van de aarde ten opzichte van de zon. 5. Ga voor deze vijf bijzondere breedtecirkels na waarom deze cirkels een naam hebben gekregen. Wat hebben deze cirkels te maken met de stand van de aarde ten opzichte van de zon? 20

23 Verduisteringen (1) Les 3 Wat je moet kennen en kunnen: Je kunt een maansverduistering verklaren door te kijken naar de beweging van de maan om de aarde. Je kunt een zonsverduistering verklaren door te kijken naar de beweging van de aarde om de zon. Je kunt de eigenschappen van een verduistering (wel of niet overal zichtbaar, geheel of gedeeltelijke verduistering) verklaren. Uit het boek Bestudeer de volgende bladzijden uit je leerboek:.. Opgaven Maak de volgende opgaven:.. 21

24 Verduisteringen (1) Wanneer de aarde, maan en zon in één lijn achter elkaar staan, krijg je een verduistering. Bij nieuwe maan zal dat een zonsverduistering zijn, bij volle maan een maansverduistering. Omdat de aarde, maan en zon niet even groot zijn, is de schaduw achter het voorwerp ook niet overal even groot. Als je bijvoorbeeld kijkt naar de zon en de maan: de maan is véél kleiner dan de zon. De schaduw achter de maan is een (deel van) een kegel. Zie de figuur hiernaast. Je ziet dat de maanschaduwkegel de aarde nét bereikt. Als je je voorstelt dat je dáár staat, zie je de zon helemaal niet. Daar treedt dus een totale zonsverduistering op. Als je kijkt naar de bijschaduw (in de figuur: penumbra); als je staat in deze kegel, kun je de zon nog voor een deel zien: hier treedt een gedeeltelijke zonsverduistering op. Omdat de aarde draait, zal de plaats waar de verduistering optreedt veranderen. Je krijgt een gebied op aarde waar op dat moment een verduistering plaatsvindt. Het gebied waar de verduistering totaal is, is een klein gebied. Als de top van de schaduwkegel boven de aarde ligt, krijg je een ringvormige verduistering. Op het moment van het maximum zie je de buitenste rand van de zon nog: een ring. Op zie je een filmpje van de zonsverduistering op 11 augustus Je ziet hoe de schaduw van de maan over de aarde gaat. Deze totale zonsverduistering was te zien in een groot deel van West-Europa. Nét niet in Nederland. Veel mensen uit Nederland trokken naar (Noord) Frankrijk en Duitsland waar de verduistering wél totaal was. Helaas was het niet overal goed zichtbaar vanwege het weer. Wél waren de bijverschijnselen (de naderende schaduw, vogels die ophouden met fluiten, de stilte in de natuur, de snel vallende duisternis,.) wel merkbaar. 22

25 Verduisteringen (1) Hieronder staan enkele plaatjes van zonsverduisteringen. Zet eronder of het hier gaat om: Een totale/gedeeltelijke zonsverduistering. Een ringvormige verduistering. Eén van de redenen om goed naar een zonsverduistering te kijken is omdat we dan dingen zien die je anders nooit ziet, bijvoorbeeld de corona van de zon. Je ziet de corona pas op het moment van een totale zonsverduistering. In foto 1 zie je op het moment dat de zon helemaal is verduisterd een krans om de zon. 23

26 Verduisteringen (1) 1. Wat is de corona van de zon eigenlijk? Hierboven staat een aantal verschijnselen die optreden bij een zonsverduistering 2. Geef een aantal verschijnselen dat optreedt bij een zonsverduistering en geef daar ook een (mogelijke) verklaring voor. De zon is voor ons een heel erg belangrijk hemellichaam. Soms werden er aan de zon ook eigenschappen toegeschreven alsof de zon een persoon was. In sommige godsdiensten heeft de zon ook een naam gekregen. Zonsverduisteringen waren vroeger natuurlijk ook al een héél indrukwekkend verschijnsel. 3. Geef een aantal namen dat men vroeger aan de zon heeft gegeven. 24

27 Verduisteringen (1) Hieronder zie je een moment van de zonsverduistering van 29 maart (bron: ) Hier kun je de afbeelding ook als animatie zien. 4. Is in het hele gebied de verduistering totaal? Waarom wel/niet? Hieronder zie je een foto van de aarde vanuit de ruimte. Er is op dat moment een totale zonsverduistering zichtbaar (bron: earthquakes-follow-total-solar-eclipse.html). 5. Waarom zie je het gebied zo wazig?

28

29 Verduisteringen (2) Les 4 Wat je moet kennen en kunnen: Je kunt een maansverduistering verklaren door te kijken naar de beweging van de maan om de aarde. Je kunt een zonsverduistering verklaren door te kijken naar de beweging van de aarde om de zon. Je kunt de eigenschappen van een verduistering (wel of niet overal zichtbaar, geheel of gedeeltelijke verduistering) verklaren. Uit het boek Bestudeer de volgende bladzijden uit je leerboek:.. Opgaven Maak de volgende opgaven:.. 27

30 Verduisteringen (2) Als de maan aan de andere kant van de aarde staat én de drie voorwerpen staan weer op één lijn, dan treedt een maansverduistering op. In tegenstelling tot een zonsverduistering is een maansverduistering overal op aarde zichtbaar, als de maan zichtbaar is. De maan trekt namelijk door de schaduwkegel van de aarde. Ook hier is sprake van een kernschaduw en bijschaduw (umbra en penumbra), in de praktijk is van een doorgang door de bijschaduw weinig te merken. Als je niet erg goed kijkt en vergelijkt, merk je er weinig van! (bron figuur: 1. Maak een duidelijke tekening van het voorkomen van een maansverduistering. Maak gebruik van het werkblad Aarde-maan. In 2009 en 2010 zijn er geen volledige maansverduisteringen zichtbaar vanuit Nederland. Datum Maximum Ged/totaal Zichtbaar? 15 juni :13 totaal begin is zichtbaar 10 december :32 totaal eind is zichtbaar 4 juni :03 gedeeltelijk onzichtbaar 28 november :33 gedeeltelijk eind is zichtbaar 25 april :08 gedeeltelijk begin is onzichtbaar 25 mei :10 gedeeltelijk onzichtbaar 19 oktober :50 gedeeltelijk helemaal zichtbaar 15 april :46 totaal onzichtbaar 8 oktober :55 totaal onzichtbaar 4 april :00 totaal onzichtbaar 28 september :47 totaal helemaal zichtbaar 28

31 Verduisteringen (2) 2. Enkele verduisteringen uit deze lijst zijn 'onzichtbaar' Leg uit hoe dat mogelijk is. 3. Hieronder staan een aantal plaatjes van een maansverduistering. Geef daarbij aan of het gaat om: o Een gedeeltelijke/totale verduistering. o Misschien een totale verduistering, dat is niet te zien aan het plaatje. Foto 1 Foto 3 Foto 2 Foto 4 29

32 Verduisteringen (2) 4. In het plaatje hieronder zie je de maan van rechts naar links door de schaduw trekken. Dat lijkt erop dat de maan van west naar oost beweegt. Klopt dat? 5. In datzelfde plaatje zie je dat de aardschaduw ook ruim 2x zo groot is als de maanbol op die afstand. Betekent dat nu ook dat de aarde ruim 2x zo groot is als de maan? 6. Er komen meer maansverduisteringen in Nederland voor dan zonsverduisteringen. Leg uit hoe dat komt. 30

33 Verduisteringen (2) In een aantal foto s van een totale maansverduistering zie je dat tijdens de totale verduistering de maan wel zichtbaar is (in tegenstelling tot wat de mannetjes zeggen in de cartoon aan het begin van les 3). De maan ziet er dan vaak een beetje rood uit. 7. Hoe kan de maan wel zichtbaar zijn tijdens een maansverduistering, er valt toch geen zonlicht op als de maan in de aardschaduw staat? 8. Hieronder zie je een kaart van de aarde waarin aangegeven is waar de maansverduistering op 3 maart 2007 zichtbaar was. Was deze verduistering zichtbaar in Amsterdam? En in India? En in Tokyo?

34

35 Ons planetenstelsel Les 5 en 6 Wat je moet kennen en kunnen: Je kent de verschillende planeten van ons planetenstelsel. Je kent de bouw van ons planetenstelsel. Uit het boek Bestudeer de volgende bladzijden uit je leerboek:.. Opgaven Maak de volgende opgaven:.. 33

36 Ons planetenstelsel Deze les is bedoeld om zoveel mogelijk (feitelijke) informatie te krijgen over de planeten van ons zonnestelsel. Je moet antwoord vinden op de volgende (mogelijke) vragen: Hoe groot is de afstand van de planeet tot de zon? Hoe groot is de massa van de planeet? Hoe groot is de diameter van de planeet? Hoe groot is de temperatuur op de planeet s nachts en overdag? Wat is de samenstelling van de dampkring van de planeet? Hoeveel manen heeft de planeet? Hoe groot zijn deze, welke temperatuur heerst daar, welke samenstelling hebben deze, hoe groot is de omloopstijd, hoe lang duurt een dag,. Is er leven mogelijk op deze planeet? Hoe lang duurt een reis naar deze planeet?. Misschien dat er vooraf nog een aantal vragen bijgemaakt worden. Moet iedereen alles opzoeken? Nee. In deze les wordt de klas verdeeld in groepjes. Ieder groepje krijgt de opdracht zoveel mogelijk te weet te komen van één planeet. Welke planeet dat is, wordt je aan het begin van de les gezegd; Verzamel zoveel mogelijk informatie over jouw planeet en zet de belangrijkste zaken op een vel papier (formaat A3). Dit papier gebruik je om de rest van de klas te vertellen wat je hebt gevonden over jouw planeet. Zoek op waar de (jouw) planeet staat op een afgesproken datum en tijd zodat straks bij de presentaties duidelijk wordt waar de planeet aan de hemel staat. De volgende les krijgt ieder groepje kort de tijd om de gegevens die gevonden zijn toe te lichten. Het is de bedoeling dat dán iedereen weet wat er, ook in andere groepjes(!) is gevonden. Je kunt gebruik maken van het werkblad Planeteninformatie. Dit blad kan een aantal keer worden afgedrukt (er zijn meerdere planeten!). Een aantal sites waar informatie op te vinden is:

37 Ons planetenstelsel Beantwoord ook de volgende vragen 1. Hoe komt het dat we de planeten Mercurius en Venus altijd in de buurt van de zon zien, dus óf s avonds nadat de zon is ondergegaan óf s morgens voor de zon opkomt? Soms zien we bij de planeet Venus hetzelfde als we van de maan kennen, we zien maar een stukje van de planeet: een schijngestalte. 2. Verklaar dat we bij de planeet Venus schijngestalten kunnen waarnemen (zie plaatje hierboven). Schets bij welke stand van de zon, Venus en aarde we deze situatie kunnen zien. 35

38 Ons planetenstelsel 3. Ook bij buitenplaneten zien we (iets van) schijngestalten, zoals hieronder bij Mars. Bron: Verklaar dat. Schets ook hier de stand van Mars ten opzichte van de zon en aarde. 4. Sommige planeten hebben veel manen. Geef een verklaring waarom sommige planeten meer manen hebben dan de aarde. 36

39 Ons planetenstelsel 5. De planeet Saturnus heeft een ring. Deze bestaat helemaal uit losse brokstukken. Draait de ring als een vast wiel om de planeet (dus: hebben alle brokstukken dezelfde omloopstijd) of hebben de brokstukken aan de binnenkant van de ring een kleinere omloopstijd? 6. De ring om de planeet Saturnus heeft plaatsen waar geen (of weinig) brokstukken zweven; er bestaan gaten in de ring. Probeer er eens achter te komen of dat toeval is, of dat er een wetmatigheid achter zit. 7. Op de planeet Jupiter kun je een grote rode vlek waarnemen. Wat is dat: een storm op de planeet, een grote berg of iets anders? 8. Vroeger rekende men Pluto nog tot de planeten. Sinds 2006 is dit hemellichaam gedegradeerd(?) tot dwergplaneet. Ga eens na wanneer een planeet planeet wordt genoemd. 37

40

41 Leven op- of bij een planeet Les 7, 8 en 9 Wat je moet kennen en kunnen: Je gaat onderzoeken welke verhoudingen bestaan in ons planetenstelsel. Je maakt gebruik van een model van ons planetenstelsel om ons planeetstelsel op schaal te bekijken. Je kunt een geschikte aanpassing vinden om op een andere planeet te overleven. Het leefmilieu is daar voor ons niet goed, de mens zou op een andere planeet niet zonder meer kunnen overleven. Jij kunt daar, voor een grote groep mensen, aanpassingen voor bedenken. Uit het boek Bestudeer de volgende bladzijden uit je leerboek:.. Opgaven Maak de volgende opgaven:.. 39

42 Leven op- of bij een planeet In deze les ga je een schaalmodel maken van ons planetenstelsel tot de planeet Neptunus. Je maakt gebruik van een rekenblad: Planeetrekenmodel. (Eventueel kun je dit ook thuis uitvoeren!). In dit model kun je de diameter van de zon instellen. De overige afstanden worden dan op deze schaal weergegeven. Je ziet dat als je de diameter van de zon 0,0031 meter maakt (dus circa 3 mm), de afstand van de zon tot Neptunus 10 m is. Alle planeten passen dan in één klaslokaal. De diameter van de planeten is dan wel erg klein! 1. Hoe groot zou de diameter van de zon zijn als de afstand van zon tot de aarde 10 m zou zijn? 40

43 Leven op- of bij een planeet Je ziet aan de twee modellen dat de ruimte behoorlijk leeg is. De planeten staan ver van elkaar en zijn erg klein ten opzichte van hun afstand tot de zon. Stel je het volgende voor: De NASA en de ESA verrichten onderzoek naar ruimtebases op andere planeten. Men wil over een jaar of tien, twintig, op een aantal planeten mensen stationeren die wetenschappelijk onderzoek doen én die onderzoeken of het mogelijk is méér mensen daar te laten leven. Enerzijds kunnen de omstandigheden op een andere planeet gunstig zijn om onderzoek te plegen, anderzijds zijn de leefomstandigheden voor mensen op een andere planeet soms bar en boos. Het klimaat op de planeet Mars lijkt misschien nog het meest op het aardse klimaat. Maar de wetenschap wil ook antwoord op de vragen die andere planeten ons stellen! Dan zijn ze bij jou aan het juiste adres! Jij hebt de kennis en de fantasie om oplossingen te bedenken waar nog weinigen aan hebben gedacht! Vandaar dat de NASA en de ESA bij jou de volgend vragen leggen. 2. Als er een kleine stad (circa 5000 mensen) gemaakt zou worden, op of bij een planeet, waaraan moet de omgeving dan voldoen? 3. Welke omstandigheden moeten speciaal voor de stad gemaakt worden? Waarop moet gelet worden? 4. Hoe moet je met de mensen die het ruimtestation bemensen communiceren? 5. Moet het ruimtestation zichzelf kunnen helpen wat betreft voedsel en water? 41

44 Leven op- of bij een planeet 6. Moeten er speciale regels komen voor de bewoners waar ze zich aan moeten houden? En als ze zich daar niet aan houden? 7. Hoe lang zou een bewoner daar kunnen leven? 8. Welke voorzieningen moeten er voor de bewoners zijn? Natuurlijk zal het ook veel geld kosten om een dergelijke stad te bouwen. Laat je daar even niet door leiden, laat in eerste instantie je fantasie de vrije loop en probeer zo creatief mogelijk een oplossing te vinden. Tijdens deze twee lessen ga je, in groepen, een kleine stad voor een planeet ontwerpen. Dat mag óp de planeet zijn, maar dat mag ook in de buurt van de planeet gemaakt worden. In overleg met je docent kies je voor een bepaalde planeet. Vooraf ga je eerst onderzoeken welke omstandigheden je op de planeet zou aantreffen. Bedenk: hoe warm/koud is het daar, is er zuurstof aanwezig, kun je gebruik maken van spullen die daar al zijn? Het plan hoeft niet tot in de kleinste details te zijn uitgewerkt, houd je maar aan de grote lijnen. Eventueel mag je je ook speciaal richten op een aspect van het overleven, hoe zou je dat het beste kunnen waarmaken. Je kunt gebruik maken van het informatieblad: Overleven op een andere planeet: Hoe doe je dat? 42

45 Leven op- of bij een planeet Na deze twee lessen moet je je vondsten laten zien aan de anderen en jij moet goed kijken wat anderen, voor andere planeten, hebben gevonden. Hoe je dat wilt laten zien, overleg je met de docent. Er zijn daarvoor verschillende manieren: Korte mondelinge presentatie. Korte posterpresentatie. Een (kleine) website. Misschien dat je, ook weer in overleg met je docent, voor een andere manier kiest. Het doel van de presentatie moet in ieder geval zijn dat de anderen, die niet aan hetzelfde project hebben gewerkt, in korte tijd een beeld krijgen hoe er op de andere planeet is te overleven. In het bijzonder moet je de opdrachtgever: de NASA en ESA kunnen overtuigen dat jouw idee (jullie idee, omdat je in een groep werkt) het beste is wat uitgevoerd kan worden. 43

46

47 Leven op een planeet: presentaties Wat je moet kennen en kunnen: Je kent het leefmilieu op de verschillende planeten. Je kunt een geschikte aanpassing kiezen om in een vijandig milieu te overleven. Je kunt aanpassingen die anderen hebben bedacht kritisch bekijken en je kunt daar commentaar op geven. Je kunt jouw aanpassingen verbeteren naar aanleiding van het commentaar wat je van anderen hebt gekregen. In deze les ga je de aanpassingen bekijken die andere groepen leerlingen voor verschillende planeten hebben bedacht. Je kijkt goed naar het bestaande leefmilieu op een bepaalde planeet en gaat na welke aanpassing anderen hebben bedacht om dáár te overleven. Je stelt kritische vragen en maakt aantekeningen van die zaken die nieuw voor je zijn. Je kunt hierbij gebruik maken van het werkblad Wat tref je aan? Ook dit blad kan meerdere keren worden gekopieerd. Na afloop van alle presentaties en besprekingen moet 'De Beste Oplossing' worden gekozen. Laat je hierbij leiden door: De presentaties die de groep heeft gegeven. De praktische toepasbaarheid van het hele ontwerp. De beste aanpassing aan de omgeving (of óp de planeet, of bij de planeet). Het beantwoorden van de vragen die van de anderen zijn gekomen. Toets? Aan het eind van deze lessencyclus moet je nog even terug kijken op wat je tijdens deze lessen hebt gedaan. Je hoort van je docent of er nog een toets volgt en waar deze dan over gaat. 45

48

49 Informatiebladen 1. Overleven op een andere planeet: hoe doe je dat?' Informatieblad 'Overleven op een andere planeet: hoe doe je dat?' Planeet: Namen: De opdracht Stel: je leeft in een tijd waarin ruimtevluchten bijna nét zo gewoon zijn als autoritjes. De overheid heeft besloten om jou te vragen de planeet zó aan te passen dat mensen daar kunnen overleven. Geld speelt geen rol, er is héél véél mogelijk! Dit is de droomopdracht waarop jij als ondernemer hebt gewacht! Je gaat eerst de planeet goed onderzoeken: wat tref je aan? Kunnen wij daar overleven? Hebben we lucht genoeg? Is de zwaartekracht groot genoeg? Hebben we daar water? Beschrijf hieronder wat je tegenkomt op de planeet, geef ook aan of het een probleem is wat opgelost moet worden. Beschrijf hieronder ook wat je gaat doen om deze problemen op te lossen Maak nu een poster op A3-formaat waarbij je aangeeft welke problemen je op de planeet tegenkomt en hoe je deze gaat oplossen. 47

50 2. Wat tref je aan? Informatieblad 'Wat tref je aan?' Planeet: Namen: Welke aanpassingen zijn nodig: Mogelijke oplossingen: 48

51 Werkbladen 1. Planeet tussen de sterren Werkblad 'Planeet tussen de sterren' Naam: Bekijk eerst de bron: Applet: baan van Mars in de sterrenhemel: Kies Mars als planeet. Je ziet de zon, de baan van de aarde, de baan van Mars. De grootste cirkel stelt de achtergrond voor. Als je de animatie start, moet je goed letten op de beweging van de planeet in de achtergrond. Op een zeker moment zie je dat de planeet in de achtergrond terug beweegt. Let goed op wanneer dat gebeurt! Dit wordt in de animatie aangegeven met het woord 'retrograde' (dit betekent 'teruggaande'). In de onderstaande figuur teken je deze situatie na op verschillende tijdstippen zodat duidelijk wordt wanneer de beweging van de planeet 'retrograde' is. zon achtergrond 49

52 2. Werkblad Aarde-Maan Werkblad 'Aarde-Maan' Bij verduisteringen is er sprake van twee soorten schaduwen: de kernschaduw en de bijschaduw. Deze schaduwen ontstaan als de lichtbron uitgebreid is (dus geen puntbron). Hieronder is (niet op schaal!) de zon, aarde en maan(baan) getekend. Teken het gebied waar de kernschaduw gevormd wordt én het gebied waar de bijschaduw wordt gevormd. aarde zon maanbaan maan Vul de onderstaande tabel in Afstand aarde-maan (km) Diameter aarde (km) Diameter maan (km) Stel nu: we tekenen de aarde als een bolletje met een diameter van 10 cm. Bereken dan hoe groot de diameter van de maan én de afstand van de aarde tot de maan op dié schaal is en zet dat in onderstaande tabel. Op schaal in cm. Afstand aarde-maan Diameter aarde Diameter maan 10 50

53 3. Werkblad Planeteninformatie Werkblad 'Planeteninformatie' Naam: Planeet: Afstand tot de zon (m) Massa (kg) Diameter (m) Temperatuur s nachts/overdag Dampkringsamenstelling Manen en bijzonderheden Verdere informatie 51

54 Werkblad 'Planeteninformatie' Planeet: Afstand tot de zon (m) Massa (kg) Diameter (m) Temperatuur s nachts/overdag Dampkringsamenstelling Manen en bijzonderheden Verdere informatie 52

55 Thema: Bewegen 53

56

57 Introductie, inleiding grafieken, inleiding metingen Les 1 In deze les ga je kijken hoe je de beweging van een willekeurig voorwerp kunt vastleggen in de loop van de tijd. Wat heb je daarvoor nodig? Hoe kun je dat het beste in een grafiek uitzetten? En: als je eenmaal deze grafiek hebt, wat kun je daarmee doen, welke gegevens kun je hier uit halen? Wat je moet kennen en kunnen: je kunt de plaats van een bewegend voorwerp in de loop van de tijd bepalen; je weet hoe je de snelheid van het voorwerp kunt bepalen; je kunt een uitspraak doen over de nauwkeurigheid van de snelheid; je kunt de snelheid bepalen uit een afstand-tijd diagram. Uit het boek Bestudeer de volgende bladzijden uit je leerboek:.. Opdrachten Maak de volgende opgaven uit het boek: Maak de opdrachten van het werkblad 'Beweging' Maak de opdrachten van het werkblad 'Gas geven!'

58 Experiment Om de plaats van een willekeurig bewegend voorwerp vast te leggen in de loop van de tijd is nodig: een liniaal of meetlint; een stopwatch. Voer het volgende experiment uit: Zet een plank van ongeveer 1,5 meter een heel klein beetje schuin zodat je een hellend vlak krijgt. Plak een plakbandje bij het bovenste uiteinde als startstreep en enkele andere plakbandjes om de 30 cm. Laat een knikker rollen vanuit stilstand (vanaf de startstreep) en start je stopwatch. Meet de tijd die nodig is om de eerste 30 cm af te leggen. Herhaal je meting tenminste één keer. Vervolgens herhaal je het experiment en meet dan de tijd die nodig is om 60 cm af te leggen. Herhaal het experiment steeds bij het volgende plakbandje. Uitwerking Zet deze opdrachten in je schrift: maak een schematische tekening van je meetopstelling; maak een (nette) tabel van je metingen; maak een afstand-tijd diagram, zet de tijd horizontaal, de afstand (tot de startstreep) verticaal. Geef je meetpunten aan met '+'-jes. Geef een beschrijving van de beweging: gaat de knikker steeds even snel? Gaat ie steeds sneller? Hoe zie je dat? Hoe groot is de snelheid van de knikker bij het laatste plakbandje? Hoe nauwkeurig is je antwoord op de laatste vraag? Geef aan hoeveel m/s je ernaast kunt zitten. 56

59 Meten aan een film! Les 2 en 3 In de vorige les heb je gezien dat je tijd én plaats van een voorwerp moet vastleggen om een beweging goed te beschrijven. Je moet weten wánneer een voorwerp zich wáár bevindt. In de vorige les heb je daarvoor een stopwatch en een meetlint gebruikt. Maar; kun je ook meten aan een (video)filmpje? Dat zou mooi zijn omdat je dan zelf een beweging van bijvoorbeeld je maatje kunt bestuderen! Het antwoord op deze vraag is natuurlijk: JA, want anders was de titel van deze les anders geweest! Maar hoe zit het dan met de tijd? Je moet weten wanneer een bepaald beeldje van een film is gemaakt, of beter: je moet weten hoeveel tijd er tussen het maken van twee beeldjes zit. Een film is niets anders dan een serie foto's die snel achter elkaar worden gemaakt. Als je dat maar snel genoeg achter elkaar doet en ook afdraait, kun je niet (of nauwelijks) zien dat het eigenlijk een stroom van beelden is. Als je nu weet hoeveel beelden er oorspronkelijk per seconde gemaakt zijn, weet je ook hoeveel tijd er tussen twee beeldjes zit. In videotermen wordt dit 'framerate' genoemd. Dit wordt aangegeven in 'frames per second' in fps. Meestal is dit 25 fps, soms meer of minder. En hoe zit dat met de schaal van de beelden? Je moet weten hoeveel cm op je (computer)scherm overeenkomen met de werkelijke afstand. Dat betekent dat je op de video een soort 'maat' moet hebben. Als de film gemaakt is om erin te meten, is er vaak een meetlint of zoiets mee gefilmd. Als het een willekeurige film is, moet je soms de schaal afschatten door bijvoorbeeld de hoogte van een deur te meten, of de lengte van een persoon. In deze twee lessen ga je meten aan een kant-en-klaar filmpje. Je leert iets over de techniek van het gebruik van videometen en wat minstens zo belangrijk is, je leert door het gebruik van videometen véél over een belangrijk onderdeel van de natuurkunde: de bewegingsleer. Je docent zal een aantal tips geven hoe je moet beginnen met meten aan een filmpje. Ook moet je goed luisteren wát je met je metingen gaat doen: je gaat een aantal afstand-tijd diagrammen maken. Daaruit ga je vervolgens ook kijken naar snelheid-tijd diagrammen. Wat je moet kennen en kunnen. je kunt het programma Coach opstarten en belangrijke bestanden op de juiste plaats zetten; je kunt het programmaonderdeel videometen starten en een filmpje laden; je kunt in een filmpje de schaal en de framerate instellen, de x- en y-as instellen; je kunt in een filmpje afstand (x- en y) en tijd meten; je kunt aan de hand van het afstand-tijd diagram de beweging beschrijven; je kunt het afstand-tijd diagram verwerken tot een snelheid-tijd diagram; je kunt het snelheid-tijd diagram beoordelen en aan de hand van dit diagram de beweging van het voorwerp beschrijven. 57

60 Uit het boek Bestudeer de volgende bladzijden uit je leerboek:.. Opdrachten Bij deze opdrachten hoort een werkblad 'Twee wandelaars' waarin je beschrijft wat je in de loop van de tijd hebt gedaan. Dit werkblad is digitaal beschikbaar. Open het digitale werkblad: je moet zo nu en dan een grafiek via klembord in dit werkblad zetten. Laad het filmpje 'De wandelaars' in in het programma Coach; leg de plaats van de twee wandelaars vast op de juiste schaal. Kies zelf het aantal meetpunten; maak van de beweging een afstand-tijd diagram en geef een beschrijving van beide bewegingen; verwerk het afstand-tijd diagram tot een snelheid-tijd diagram; geef een beschrijving van beide bewegingen aan de hand van dit snelheid-tijd diagram. 58

61 Een beweging op video vastleggen Les 4, 5 en 6 Je hebt in de vorige lessen gezien dat je kunt meten aan een videofilm. Je kunt de afstand bepalen, de snelheid én je kunt een goede beschrijving geven van de beweging aan de hand van de twee diagrammen. In deze les ga je kijken wat er gebeurt als een hardloper steeds sneller gaat lopen. Hoe ziet het snelheid-tijd diagram er dan uit? En: we gaan kijken wat er gebeurt als een bal vanaf een grote hoogte naar beneden valt. Ook dan zal de snelheid veranderen tijdens de beweging: leuk om te onderzoeken! Filmpje maken Hoewel er een filmpje klaar staat om te verwerken, zou het kunnen dat je zélf een filmpje mag maken. Vraag je docent of dat de bedoeling is. Als je het kant-en-klaar filmpje gaat gebruiken, lees dan verder bij 'Wat je moet kennen en kunnen'. Je gaat een videofilmpje maken van deze beweging. Je moet dan weten wánneer (de tijd) hij/zij wáár (afstand meten met een liniaal of meetlint) beweegt. Dat betekent dat je moet weten hoeveel beelden per seconde gemaakt zijn bij het maken van de film én je moet weten hoe groot de schaal is op de video. Ook moet je er op letten dat de beweging alleen plaatsvindt in een vlak loodrecht op de filmrichting omdat je in een video géén diepte kunt zien! Je docent zal je in een inleidende instructie aangeven waar je op moet letten als je zélf een film gaat maken waarin je later gaat meten. Let dan goed op omdat jouw film nauwelijks te gebruiken is als je niet op een aantal belangrijke zaken let. Wat je moet kennen en kunnen: je kunt een probleem afbakenen, je kunt beoordelen welke grootheden je gaat variëren; je kunt een film gebruiken om te meten; je kunt een afstand-tijd diagram maken van een beweging; je kunt snelheid-tijd diagrammen maken van de bewegingen; je kunt een goede conclusie trekken uit de resultaten van je metingen. 59

62 Uit het boek Bestudeer de volgende bladzijden uit je leerboek:.. Opdrachten Gebruik bij deze lessen de werkbladen: hardlopen; vallende bal. 60

63 Het vallende voorwerp Les 7, 8, 9 en 10 Als een appel van de boom valt, zal de snelheid van de appel steeds groter worden. Als een blaadje van de boom valt, zal het blaadje met een vrijwel constante snelheid naar beneden dwarrelen. In beide gevallen is de valhoogte gelijk, het dwarsoppervlak van een blaadje zal ongeveer even groot zijn als een appel en ze komen van dezelfde boom! Toch is er een groot verschil waar te nemen als je 'het vallen' gaat bekijken. Waar ligt dat aan? Alleen aan de massa van de appel? Of ligt dat toch aan de vorm van beide voorwerpen? In deze lessen ga je onderzoeken hoe het snelheid-tijd diagram van een vallend voorwerp er uit ziet als er weinig wrijvingskrachten op werken. Misschien denk je dat zware voorwerpen sneller vallen dan lichtere. Vraag je docent eens: misschien kan hij/zij een demonstratieproef uitvoeren waarbij blijkt dat dat niet zo is. Het probleem is de wrijvingskracht: je moet deze kracht dan zo klein mogelijk maken. Dat kan door een valproef uit te voeren in vacuüm (in het luchtledige). Zie bijvoorbeeld een experiment op de maan met een hamer en een veer: De eerste opdracht voor deze lessen is: onderzoek het snelheid-tijd diagram van een vrij vallend voorwerp. Wat gebeurt er als er wél een wrijvingskracht op het voorwerp werkt? Misschien dat je wel eens hebt gekeken naar parachutespringers die vóór ze de parachute gebruiken eerst een formatie vormen. Deze parachutisten springen ná elkaar uit het vliegtuig om vervolgens toch weer bij elkaar te komen. De eersten worden dan ingehaald door de laatste springers. De eersten maken zich zo breed mogelijk, de laatsten proberen zo recht mogelijk naar beneden te komen. Ze gaan dan vrijwel rechtstandig (op de kop!) naar beneden. De wrijvingskracht heeft dus iets te maken met het oppervlak van het vallende 'voorwerp'. En: hoe ziet het snelheid-tijd diagram er uit als er wél wrijving is? Bij de parachutisten wordt het laatste stuk van de beweging (waarbij ze de formatie vormen) met een vrijwel constante snelheid afgelegd. Is deze snelheid afhankelijk van de oppervlakte van het vallende 'voorwerp'? In deze lessen ga je onderzoeken wat er gebeurt als er op een vallend voorwerp wél een wrijvingskracht werkt. Omdat er bij een dergelijke beweging véél kán veranderen, ga je eerst kijken in een soort 'ideaal' geval, daarna gaan we kijken naar enkele gevallen die ook in de praktijk voor kunnen komen. 61

64 Wat je moet kennen en kunnen: je kunt een opstelling maken waarbij een voorwerp gecontroleerd kan vallen; je weet dat je bij een experiment één grootheid mag veranderen; je kunt snelheid-tijd diagrammen van vallende voorwerpen maken; je weet de verschillen in deze diagrammen onder woorden te brengen; je kunt het resultaat van het onderzoek toepassen in nieuwe situaties; je kunt voorspellen wat er gebeurt als een willekeurig voorwerp valt. Uit het boek Bestudeer de volgende bladzijden uit je leerboek:.. Opdrachten Je gaat onderzoeken wat het effect is van het dwarsoppervlak op de eindsnelheid van een vallend voorwerp. Zie het werkblad 'Vallende kegels'; voer de metingen uit en geef de resultaten weer in het werkblad. formuleer een goede conclusie uit jouw onderzoek. 62

65 De toets Les 11 en 12 Het wordt tijd om even terug om te kijken naar de onderwerpen waar je bij dit project mee bezig bent geweest. Je kunt nu overweg met videometen: je weet waar je op moet letten om een filmpje te maken zodat je er aan kunt meten, je kunt het filmpje verwerken in het programma Coach zodat je uiteindelijk naar het snelheid-tijd diagram kunt kijken. Je kunt dan ook de beweging van het voorwerp onder woorden brengen en je kunt iets zeggen over de wrijvingskracht die eigenlijk altijd wel op een voorwerp werkt. Maar soms heeft deze wrijvingskracht meer effect op de beweging. Je weet nu ook behoorlijk wat over een belangrijk onderdeel in de natuurkunde. De natuurkundigen zelf noemen dit onderwerp 'de mechanica', dit is een verzamelnaam voor beweging, krachten en energie. Jij hebt je vooral met het eerste bezig gehouden. Je ziet in de voorgaande lessen een lijstje met 'wat je moet kennen en kunnen'. Waarschijnlijk heb je steeds aan het eind van zo'n les gecheckt of dat ook zo is! In deze les ga je de informatie die je tijdens dit project hebt gekregen gebruiken om een ontwerp van een auto te maken. Deze auto moet voldoen aan een aantal eisen die genoemd worden in het werkblad 'Ontwerp van een auto'. Probeer in dit ontwerp zoveel mogelijk te laten zien wat je hebt geleerd over dit onderwerp. In de volgende les krijg je een toets over dit onderwerp. Er wordt getoetst of je de belangrijke zaken inderdaad ook kunt of kent. Je moet je voorbereiden op de toets door de voorgaande lessen na te kijken en na te denken over wat de belangrijke zaken daarin zijn. Je docent zal je tijdens deze toets een aantal korte opdrachten geven waar je dan over moet nadenken en waarop je dan antwoord geeft. In les 12 krijg je de tijd om de toets over dit onderwerp te maken. Deze toets gaat dan over: de hierboven beschreven lessen; de lessen in je leerboek (welke onderwerpen precies: vraag je docent). De vorm van de toets: het is een schriftelijke toets; het bevat vragen die de docent toegevoegd heeft over dit onderwerp. 63

66

67 Een eigen onderzoek Les 13, 14 en 14 Met de kennis en kunde die je hebt opgedaan bij dit onderwerp, kun je ook een onderwerp onderzoeken waar je zelf in het dagelijkse leven tegenaan loopt. Enkele voorbeelden van onderwerpen zijn: In de sport: snelheid van een bal; schieten (voetbal), slaan (hockey, softbal, badminton, tennis,...); springen; verspringen, hoogspringen; werpen; een bal gooien, kogelstoten, speerwerpen,...; rijden; wielrennen, skaten, In je vrije tijd: skateboarden: springen, rijden, jumpen,... ; vissen: snelheid aas ingooien, aanslaan,... ; vliegeren: opstijgen, stunten,... ;... Als je een onderzoek doet, moet je goed nadenken over de vraag (vragen) waarop je antwoord wilt hebben. Dat moet eerst duidelijk zijn. Dat zijn de onderzoeksvragen. Daarna ga je bedenken welke experimenten je gaat doen om antwoord te krijgen op deze vragen. Vervolgens ga je het experiment uitvoeren en uitwerken. Uiteindelijk probeer je antwoord te krijgen op je onderzoeksvragen en moet je aan anderen laten weten wat je hebt gevonden. Bij dat laatste overleg je met de docent over de manier waarop je gaat rapporteren. Voor dit onderzoek maak je gebruik van het werkblad 'Eigen onderzoek'. Na je eigen onderzoek wordt duidelijk wat de anderen hebben gedaan, ook dit levert je informatie op waar je misschien iets mee kunt doen. In het werkblad is een formulier opgenomen wat je kunt gebruiken als je kijkt en luistert naar de presentatie van anderen. Wat je moet kennen en kunnen: je kunt één onderzoeksvraag of een aantal onderzoeksvragen opstellen; je kunt een experiment bedenken dat antwoord kan geven op de onderzoeksvraag; je kunt het experiment uitwerken; je kunt een conclusie trekken uit het experiment; je kunt je onderzoek presenteren naar je klasgenoten; je kunt (kritische) vragen stellen naar aanleiding van de presentaties van je klasgenoten; je kunt helpen om problemen die opduiken bij een onderzoek op te lossen. 65

68 Werkbladen 1. Werkblad 'Beweging' Werkblad 'Beweging' Naam: De wandelaar Jakoba loopt met een constante snelheid over een rechte weg. Op het moment dat zij een streep over de weg passeert, start Kees een stopwatch. Hij meet vervolgens op een paar tijdstippen de afstand van Jakoba tot de streep over de weg. Hij noteert dat in de hiernaast staande tabel. tijd (seconde) afstand (meter) Leg uit hoe groot de snelheid van Jakoba ongeveer is. Antwoord: 2. Leg uit waarom in bovenstaande vraag staat 'ongeveer' Antwoord: 66

69 Werkblad 'Beweging' 3. Maak een grafiek waarbij je de tijd horizontaal zet, de afstand verticaal. Kies zelf een schaalverdeling zó dat de afmetingen van de grafiek ongeveer 10 cm breed en 10 cm hoog zijn. Leg uit waarom je een rechte lijn door alle meetpunten kunt trekken. Teken hieronder je grafiek 4. Beschrijf hoe de grafiek zou lopen als Jakoba iets minder hard had gelopen. Antwoord: 67

70 afstand (meter) Werkblad 'Beweging' Snelheid 5. Geef een schatting van de (gemiddelde) snelheid in m/s van: a. een auto binnen de bebouwde kom : v=. m/s b. een kruipende baby : v=. m/s c. een vliegtuig naar Beijing : v= m/s d. een fietser : v=. m/s e. geluid : v=. m/s Hieronder staat een afstand-tijd grafiek van een ander persoon. Kijk naar de lijn A B A tijd (seconden) 6. Beschrijf de beweging van deze persoon. Bepaal de snelheid. Leg hieronder ook uit hoe je dat doet: 68

71 Werkblad 'Beweging' 7. Leg uit hoe de grafiek zou lopen als deze persoon steeds langzamer zou lopen. Schets dat in bovenstaande grafiek (waarom staat hier: 'schets'?). Geef hieronder ook een toelichting daarop: In de grafiek staat ook een lijn B. Dit is de afstand-tijd grafiek van een andere persoon. 8. Beschrijf de beweging van deze persoon. Beschrijving: We kijken weer even naar de beweging van persoon A. Deze persoon legt in één seconde 2,0 meter af. 9. Leg uit hoe je dat aan de grafiek kunt zien. Antwoord: 69

72 Werkblad 'Beweging' 10. Leg uit hoe groot de snelheid van B is (hoeveel meter legt B af in één seconde?) Antwoord: De twee wandelaars passeren elkaar 11. Leg uit op welk tijdstip dit gebeurt Antwoord: 12. Leg uit wanneer de afstand van beide personen 15 meter is Antwoord: 70

73 afstand (meter) 2. Werkblad 'Gas geven' Werkblad 'Gas geven!' Naam: Hiernaast staat een afstand-tijd grafiek van Kees. Kees rijdt met zijn scooter over een lange, rechte weg. Hij startte vanuit stilstand tijd (seconden) 1. Leg uit hoe je aan deze grafiek kunt zien dat Kees steeds harder ging rijden. Antwoord: 2. Leg uit dat je aan de grafiek kunt zien dat Kees vanuit stilstand vertrok (en dat is niet omdat de grafiek door 0,0 gaat). Antwoord: 71

74 Werkblad 'Gas geven!' 3. Leg uit hoe je de gemiddelde snelheid berekent in de eerste 20 seconden. Antwoord: De snelheid óp het tijdstip t = 20 seconden is groter dan je bij vraag 3 hebt berekend 4. Leg uit hoe je dat in de grafiek kunt zien. Antwoord: 5. Toon aan dat de snelheid van Kees óp het tijdstip t = 20 seconden ongeveer 16 m/s bedraagt. Laat duidelijk zien hoe je dat doet. Antwoord: 72

75 Werkblad 'Gas geven!' 6. Leg uit of Kees de maximum snelheid overtreedt tijdens dit experiment. Antwoord: 7. Bepaal zo nauwkeurig mogelijk de snelheid van Kees op het tijdstip 8 s. Laat duidelijk zien hoe je dat doet. Antwoord: 8. Leg nu uit hoe je, in het algemeen, uit een afstand-tijd grafiek de snelheid van een persoon kunt bepalen op een bepaald moment. Antwoord: Je vindt de snelheid van een persoon uit een afstand-tijd grafiek door: 73

76 Werkblad 'Gas geven!' De beweging van Kees is zodanig dat zijn snelheid iedere seconde evenveel toeneemt. Met de gegevens die hierboven staan, kun je uitrekenen hoeveel de snelheid in één seconde toeneemt. Dit noemen we de versnelling van Kees. 9. Bepaal de grootte van de versnelling van Kees. Antwoord: 10. Teken een grafiek waarbij je horizontaal de tijd uitzet tegen (verticaal) de snelheid van Kees. Dit is de snelheid-tijd grafiek. Teken hieronder de snelheid-tijdgrafiek: 74

77 snelheid (m/s) Werkblad 'Gas geven!' Hieronder staat een snelheid-tijd grafiek van een ander bewegend persoon tijd (seconden) 11. Beschrijf de beweging van deze persoon. Leg hierbij ook uit of de snelheid van deze persoon ook steeds evenveel toeneemt per seconde. Antwoord: 12. Bepaal de versnelling van deze persoon. Antwoord: 75

78 Werkblad 'Gas geven!' 13. Leg uit hoe groot de gemiddelde snelheid van deze persoon is. Antwoord: 14. Leg uit hoeveel meter deze persoon afgelegd heeft na 10 seconden en na 20 seconden. Antwoord: 15. Leg uit hoe je, in het algemeen, uit een snelheid-tijd grafiek kunt bepalen hoeveel meter een persoon heeft afgelegd in een bepaalde tijd. Antwoord: Je kunt de afstand die is afgelegd in een zekere tijd, uit een snelheid-tijd diagram bepalen door te kijken naar: 76

79 3. Werkblad 'Twee wandelaars'(digitaal) Werkblad 'Twee wandelaars' (digitaal) Naam: Maak een kopie van één videobeeldje en zet dat hieronder. Maak het beeld klein, circa 3 cm. x 3 cm. Het afstand-tijd diagram 1. Speel het filmpje een paar keer af en kijk goed wat er gebeurt. Blijven de twee lopers met een constante snelheid lopen? Lopen ze alle twee even hard? Wat valt je verder op? Antwoord: 77

80 Werkblad 'Twee wandelaars' (digitaal) Ga nu in het filmpje meten, denk aan: leg de schaal van de film vast (afstand tussen enkele pilonnetjes); bepaal de plaats van de eerste wandelaar op verschillende momenten en maak een afstand-tijd diagram hiervan; bepaal daarna de plaats van de tweede wandelaar en maak ook hiervan een afstand-tijd diagram. Zet dit diagram in hetzelfde plaatje als van de eerste wandelaar. 2. Kopieer het afstand-tijd diagram naar het klembord en zet deze afdruk hieronder. 3. Hoeveel meter legt de wandelaar die naar rechts loopt in één seconde af? Antwoord: 78

81 Werkblad 'Twee wandelaars' (digitaal) 4. Hoeveel meter legt de wandelaar die naar links loopt in één seconde af? Geef hieronder een beschrijving van de beide bewegingen. Beweging 1: Beweging 2: In het programma Coach kun je van het afstand-tijd diagram rechtstreeks een snelheid-tijd diagram laten maken met behulp van het 'hamertje'. Dit symbool staat boven het afstand-tijd diagram. 5. Gebruik deze optie en maak het snelheid-tijd diagram van zowel de eerste als de tweede wandelaar. 79

82 Werkblad 'Twee wandelaars' Het snelheid-tijd diagram 6. Kopieer het snelheid-tijd diagram naar het klembord en zet deze afdruk hieronder. Geef hieronder een beschrijving van de beide bewegingen. Beweging 2: Beweging 1: 80

83 4. Werkblad 'Hardlopen' (digitaal) Werkblad 'Hardlopen' (digitaal) Naam: Probleem Hoe verandert de snelheid van een hardloper in de loop van de tijd? De snelheid van een hardloper kán van een aantal grootheden afhangen, immers: niet iedereen kan even hard lopen, een loper kan niet altijd even snel bewegen. Een sprinter zal proberen meteen zo hard mogelijk te lopen, maar een marathonloper moet zijn krachten verdelen. Om antwoord te vinden op de boven gestelde vraag moet je je afvragen welke grootheden van belang zijn voor de snelheid van een loper. 1. Leg uit van welke grootheden de snelheid van een loper afhangt. Antwoord: de leeftijd van de loper; de conditie van de loper; Als de loper steeds sneller gaat lopen, zal de afstand die hij aflegt in één seconde steeds groter worden 2. Schets de afstand-tijd diagram van een versnellende loper hieronder. 81

84 Werkblad 'Hardlopen' (digitaal) 3. Schets hieronder het snelheid-tijd diagram van een versnellende loper. 4. In het videofilmpje 'De hardloper' zie je een loper die vanuit stilstand begint te lopen en steeds harder gaat lopen. In dit filmpje ga je even meten: meet de afstand op een aantal tijdstippen en maak daarvan een afstand-tijd diagram. Maak een schermafdruk (via klembord) van dit afstand-tijd diagram en zet dat hieronder. 5. Vergelijk de vorm van dit diagram met je voorspelling (in vraag 2). Leg uit of je verschillen ziet (en zo ja, welke?) 82

85 Werkblad 'Hardlopen' (digitaal) 5. Vergelijk de vorm van dit diagram met je voorspelling (in vraag 2). Leg uit of je verschillen ziet (en zo ja, welke?) Antwoord: 6. Maak nu van het afstand-tijd diagram een snelheid-tijd diagram met behulp van het 'hamertje'. Maak een schermafdruk (via klembord) van dit snelheid-tijd diagram en zet dat hieronder. 7. Vergelijk de vorm van dit diagram met je voorspelling (in vraag 3). Leg uit of je verschillen zie (en zo ja, welke?) Antwoord: 83

86 5. Werkblad 'Vallende bal' (digitaal) Werkblad 'Vallende bal' (digitaal) Naam: Probleem Hoe verandert de snelheid van een vrij vallende bal in de loop van de tijd? Als je een voorwerp laat vallen, zal de snelheid toenemen. Denk bijvoorbeeld aan een vallende appel, een boterham met pindakaas die van de tafel valt. Maar: hoe verandert de snelheid? Wordt deze steeds groter, of wordt deze op een bepaald moment constant? En: neemt de snelheid steeds evenveel toe, of neemt de snelheid steeds méér toe? Of juist minder? Ook zijn er wel grootheden te bedenken waarvan de valsnelheid af zou kunnen hangen. Bijvoorbeeld: de vorm van een voorwerp, als het gestroomlijnd is, zal het minder wrijvingskracht ondervinden zodat de snelheid kan toenemen. 1. Bedenk zelf een aantal grootheden waarvan de valsnelheid zou kúnnen afhangen en geef er een korte beschrijving bij. 2. Schets hieronder de afstand-tijd diagram van de vallende bal (voorspelling). 84

87 Werkblad 'Vallende bal' (digitaal) In een videofilm wordt een bal uit een raam losgelaten. Deze film kun je gaan onderzoeken en hiermee ga je proberen antwoord te krijgen op de vragen die hiervoor beschreven staan. 3. Laad de film in het programma Coach en maak een afstand-tijd diagram van de vallende bal. Maak een schermafdruk (via klembord) en plak het hieronder. 4. Vergelijk dit afstand-tijd diagram met het diagram van je voorspelling. Geef een toelichting bij de verschillen die je opmerkt. 85

88 Werkblad 'Vallende bal' (digitaal) 5. Maak van het afstand-tijd diagram een snelheid-tijd diagram en plak de schermafdruk hieronder 6. Geef nu gedetailleerd antwoord op de vraag die hiervoor ook beschreven stond: Hoe verandert de snelheid van een vrij vallende bal in de loop van de tijd. Antwoord: 86

89 v (m/s) Werkblad 'Vallende bal' (digitaal) Kijk naar de snelheid-tijd diagram van een vallende appel hieronder ,5 1 1,5 2 t (s) 7. Leg uit hoeveel meter de appel gevallen is. 87

90 6. Werkblad 'Vallende kegels' (digitaal) Werkblad 'Vallende kegels' (digitaal) Naam: In de praktijk zal er op een voorwerp wél een wrijvingskracht werken. Denk bijvoorbeeld aan parachutisten, vallende blaadje en regendruppels. In eerste instantie zal de snelheid van deze vallende voorwerpen toenemen (iedere seconde zal de snelheid eerst toenemen met 9,8 m/s; de valversnelling is 9,8 m/s 2 ). Naarmate de snelheid toeneemt, wordt de wrijvingskracht groter, de snelheid neemt minder toe. Omdat de snelheid wel toeneemt, zal de wrijvingskracht steeds toenemen, totdat deze even groot is als de zwaartekracht op het voorwerp. Als dit het geval is, zal de snelheid niet meer toenemen, de snelheid blijft constant. 1. In de bovenstaande tekst staat beschreven hoe een vallend voorwerp zich zal gedragen. Schets aan de hand van deze tekst het snelheid-tijd diagram van een vallend voorwerp. Hier staat 'schets' omdat je alleen de vorm van het diagram moet aangeven, je hoeft geen getallen langs de tijdas en snelheid as te zetten. Antwoord: In de praktijk kunnen veel grootheden veranderen bij experimenten. Als je wilt weten wat het effect is van een verandering, moet je het zó onderzoeken dat alleen dié grootheid verandert. De andere grootheden moet je dan in het experiment constant houden. Als het dwarsoppervlak van een voorwerp groter wordt, ondervindt het een grotere wrijvingskracht. Zou het zo zijn dat deze grootheden recht evenredig zijn, dat wil zeggen: als het dwarsoppervlak tweemaal zo groot wordt, wordt dan ook de wrijvingskracht tweemaal zo groot? Andere grootheden moet je nu constant houden. Dat betekent onder andere dat de massa van het voorwerp niet mag veranderen. Teken een aantal cirkels met een straat van 6,0 cm op een vel tekenpapier. Neem in deze cirkels de onderstaande figuur over. Van deze figuur kun je een aantal kegels maken door de kegel min of meer te sluiten (je plakt de randen dan meer of minder over elkaar). Je krijgt dan een aantal kegels met verschillende dwarsdoorsneden en dezelfde massa. Als je een dergelijke kegel laat vallen, zal deze al vrij snel vallen met een constante snelheid. Om deze bewering te controleren ga je eerst een videofilmpje maken van een vrij vallende kegel. 88

91 Werkblad 'Vallende kegels' (digitaal) Laat een kegel vallen en zorg ervoor dat de kegel vrij recht naar beneden valt. Lukt dat niet, dan moet je de kegel langs een verticaal opgestelde (metaal) draad laten vallen. Vraag je docent hoe je dat moet aanpakken. 2. Maak een videofilmpje van een vrij vallende kegel. Laat deze over een afstand van circa 2,0-2,5 m vallen. Maak een afstand-tijd diagram van deze kegel. Verwerk dit diagram tot een snelheid-tijd diagram, maak een schermafdruk van dit diagram en plak dat hieronder. 3. Na hoeveel meter is de snelheid van de vallende kegel (vrijwel) constant? Antwoord: 4. Hoe groot is deze snelheid ongeveer? Antwoord: 89

92 Werkblad 'Vallende kegels' (digitaal) Meet van de verschillende kegels het dwarsoppervlak in cm 2. Bedenk daar zelf een mooie methode voor. 5. Hoe bepaal jij de dwarsoppervlakte van de kegel? Antwoord: 6. Laat nu de verschillende kegels die je hebt gemaakt vallen en meet de snelheid waarmee deze vallen. Vul de onderstaande tabel in. kegel dwarsoppervlak (cm2) eindsnelheid (m/s) Maak hieronder een grafiek waarbij je de eindsnelheid verticaal uitzet tegen het dwarsoppervlak (horizontaal). Overleg met je docent of je deze grafiek moet maken met Excel of dat je deze met pen en papier mag maken. De grafiek: 90

93 Werkblad 'Vallende kegels' (digitaal) 7. Wat is de conclusie van dit onderzoek? Antwoord: 91

94 7. Werkblad 'Ontwerp van een auto' (digitaal) Werkblad 'Ontwerp van een auto' (digitaal) Naam: Als een voorwerp gestroomlijnd is, zal het weinig wrijving ondervinden van de lucht. Je hebt dat gezien tijdens het werken aan dit project: de vallende bal valt héél anders dan de kegels waarmee je hebt geëxperimenteerd. Wrijving levert vaak energieverlies. In de auto-industrie wordt veel onderzoek gedaan naar het voorkomen van wrijving. De opdracht aan jou is: ontwerp een auto die zo weinig mogelijk last heeft van luchtwrijvingskrachten. Het uiteindelijke model wat je gaat tekenen is natuurlijk ook afhankelijk van de eisen die gesteld worden aan de auto in het gebruik. Voor een bepaald model zijn de eisen hieronder genoemd. De auto moet: een gezinsauto zijn; dat wil zeggen er moet ruim plaats zijn voor twee volwassenen en twee (niet te kleine) kinderen; een ruime bagagemogelijkheid hebben, het gezin gebruikt de auto ook voor vakanties; een motorinhoud van ca cc hebben, dit levert een redelijk motorvermogen, niet té groot en niet te klein; niet langer zijn dan 5,0 m., de auto moet wel passen binnen een gemiddelde carport; energielabel A krijgen, dus moet zuinig zijn in gebruik. 1. Schrijf hieronder een aantal grootheden waar je op moet letten om dit ontwerp zo goed mogelijk te maken. Antwoord: 92

95 Werkblad 'Ontwerp van een auto' (digitaal) 2. Ontwerp nu hieronder de droomauto van dit gezin. Maak een tekening van de auto en geef de belangrijke zaken aan waarop jij gelet hebt. 93

96 7. Werkblad 'eigen onderzoek' (digitaal) Werkblad 'Eigen onderzoek' (digitaal) Naam: De onderzoeksvragen Stel hieronder je onderzoeksvragen (geef een beschrijving): Experimenten Geef hieronder een beschrijving van welke experimenten je gaat uitvoeren. 94

97 Werkblad 'Eigen onderzoek' (digitaal) Verwachting Geef hieronder aan wat je verwacht te vinden. De planning Een aantal zaken doe je in de lessen, soms ben je ook buiten de les met je onderzoek bezig. Plan de werkzaamheden goed, let op deadlines die gesteld worden bij dit onderzoek (wanneer moet het af, wanneer moet je presenteren?). Datum Tijd Wat doen? Wie? Klaar? 95

98 Werkblad 'Eigen onderzoek' (digitaal) De presentatie Beschrijf je presentatie kort (verwijs eventueel naar een bijlage). Beschrijf welke spullen je nodig hebt. 96

99 Werkblad 'Eigen onderzoek' (digitaal) Presentaties van andere leerlingen Onderwerp: Onderzoeksvragen: Beschrijving van het uitgevoerde experiment. Conclusie(s) Verbeterpunten 97

100

101

102 SLO is het nationaal expertisecentrum leerplanontwikkeling. Al 35 jaar geven wij inhoud aan leren en innovatie in de driehoek beleid, wetenschap en onderwijspraktijk. De kern van onze expertise betreft het ontwikkelen van doelen en inhouden van leren, voor vele niveaus, van landelijk beleid tot het klaslokaal. We doen dat in interactie met vele uiteenlopende partners uit kringen van beleid, schoolbesturen en -leiders, leraren, onderzoekers en vertegenwoordigers van maatschappelijke organisaties (ouders, bedrijfsleven, e.d.). Zo zijn wij in staat leerplankaders te ontwerpen, die van voorbeelden te voorzien en te beproeven in de schoolpraktijk. Met onze producten en adviezen ondersteunen we zowel beleidsmakers als scholen en leraren bij het maken van inhoudelijke leerplankeuzes en het uitwerken daarvan in aansprekend en succesvol onderwijs. SLO Piet Heinstraat JE Enschede Postbus CA Enschede T F E [email protected]