Kies jij natuurkunde?

Transcriptie

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

2

3 Kies jij natuurkunde? Lesmateriaal doorstromers 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, reizen door tijdzones 9 Maan en seizoenen 17 De zon 25 Kerncentrales 31 Ons planetenstelsel (1) 37 Ons planetenstelsel (2) 39 Planetenmodel 43 Leven op een planeet 49 Leven op een planeet: presentaties 51 Informatiebladen 53 Werkbladen 55 Thema: Bewegen 59 Introductie, inleiding grafieken, inleiding metingen 61 Meten aan een film! 63 Een beweging op video vastleggen! 65 Het vallende voorwerp 67 De toets 69 Een eigen onderzoek! 71 Werkbladen 73

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. Je hebt eerst een voorlopige keus gemaakt: je denkt het vak in de bovenbouw te gaan kiezen. Daarom willen we dat je een goed beeld krijgt hoe natuurkunde in de bovenbouw gegeven wordt en willen we je enkele handige vaardigheden leren die je dán ook kunt gebruiken. 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, reizen door tijdzones 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 kent het begrip tijdzone en kunt ermee werken. Je kunt een reis plannen met vertrek- en aankomsttijden. 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 Dag en nacht 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 hiernaast 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. 5. Kijk weer naar figuur 1. Leg uit waar (op het noordelijk of zuidelijk halfrond) 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. Kijk weer naar figuur 1. Stel je voor, je kijkt een kwart jaar later. Is het nog 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. 1. Hoe komt het dat het lijkt alsof de sterren draaien om (het verlengde van) de aardas? 2. Als je kijkt naar de beweging van de sterren, dan zie je dat er sterren zijn die niet onder de horizon komen. Leg uit waarom deze sterren nooit ondergaan. 12

15 Tijdzones en datum We zeggen dat de zon opkomt in het oosten en weggaat in het westen, maar we weten wel beter! Door de draaiing van de aarde (linksom als je op de Noordpool staat!), lijkt het alsof de zon opkomt en weer weggaat. De schijnbare beweging van de zon wordt veroorzaakt door de draaiing van de aarde. Dat betekent ook dat het op plaatsen ten oosten van ons later is dan bij ons. Bijvoorbeeld: in Sydney (Australië) is het tien uur later dan bij ons. Als het bij ons 12 uur is (midden op de dag), is het in Sydney 22 uur (dus laat in de avond). Vroeger had iedere plaats zijn eigen tijd: het is 12 uur s middags als de zon in het hoogste punt aan de hemel staat. Iedereen had zijn eigen lokale tijd. Geen probleem natuurlijk als je dicht bij elkaar woont en geen contact hebt met mensen die verder weg wonen. Maar dat is natuurlijk onhandig als je wilt afspreken met mensen die op een andere plaats wonen. Daarom heeft men tijdzones afgesproken: stroken op aarde die dezelfde tijd hanteren. Vaak hebben deze zones een grillig verloop omdat het vaak ook de landsgrenzen volgt. Je snapt wel waarom! Vaak wordt in plaatjes met tijdzones uitgegaan van de nulmeridiaan die door Greenwich (Engeland) loopt. Een meridiaan is een denkbeeldige grote cirkel die door de noord- en Zuidpool loopt. Alles ten oosten van deze nulmeridiaan noemen we oosterlengte. Amsterdam ligt op 5 graden oosterlengte, Sydney op 150 graden oosterlengte. In Nederland gebruiken we de Midden Europese Tijd (MET), in Greenwich (in Groot Brittannië) de UTC (Coordinated Universal Time). In het bovenstaande plaatje zie je dat dat 1 uur scheelt: Amsterdam ligt in de zone waar +1 bij staat. In Sydney staat +11. Het tijdverschil tussen Amsterdam en Sydney is dus 10 uur. [Een handige site waar je tijdzones ziet en interactief kunt zien hoe laat het is op andere plaatsen: 13

16 Tijdzones en datum Als je naar het westen kijkt, zie je dat het daar vroeger is. Logisch ook omdat de zon later opkomt dan bij ons. Het is in de Verenigde Staten vroeger: 7 uur aan de oostkust tot 10 uur aan de westkust. Recht tegenover de nulmeridiaan ligt de datumgrens. Als je deze in oostelijke richting passeert, moet je de datum één dag terugdraaien! Als je deze denkbeeldige grens in westelijke richting passeert, ben je plotseling één dag verder! 1. Hieronder staat een lijstje met steden. Ook is de lokale tijd (dus in dié betreffende plaats) óf de tijd in Amsterdam (MET) gegeven. Vul de tabel nu verder in. Plaats Lokale tijd MET: tijd in Amsterdam Bombay uur Mexico uur. Rio de Janeiro uur Seoul (Korea) uur Kaapstad uur 2. Helemaal spannend wordt het als je doorreist naar het oosten, naar bijvoorbeeld de Verenigde Staten. Kijk bijvoorbeeld eens naar de volgende reis: Je vertrekt vanuit Tokyo om uur s morgens naar San Diego (VS). De reistijd is ongeveer 12 uur. Het tijdsverschil tussen San Diego en Tokyo is 17 uur. Vul nu de onderstaande tabel in. Plaats Lokale tijd MET: tijd in San Diego (VS) Tokyo, vertrek 8.00 uur, 21 dec Tokyo, aankomst San Diego Wat valt je op? 14

17 Tijdzones en datum De Fuji-eilanden liggen in de Stille Oceaan. Sommige eilanden liggen ten oosten van de datumgrens, enkele eilanden liggen ten westen van deze grens. Als je een fijne dag hebt gehad, kun je deze nóg eens beleven (maar dan anders..) als je snel een ander eiland ten oosten reist. 3. Beschrijf nu zelf een reis (op circa één kantje A4) waarin je aangeeft: van welke plaats je vertrekt; naar welke plaats je reist; de vertrek- en aankomsttijden (lokaal). De reden waarom je deze reis maakt (wat maakt deze reis zo speciaal?). 15

18

19 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 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:.. 17

20 Draaiing van de maan om de aarde Omdat de maan om de aarde draait, wordt de maan vanuit de aarde steeds anders belicht. Hieronder 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 is aan de hemel, 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 ca 1,5 week vroeger valt. In het voorgaande plaatje 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. Leg uit of je bij 'eerste kwartier' de maan 's avonds aan de hemel ziet of 's morgens. 1 In onderstaand filmpje kun je de maanstanden bekijken: 18

21 Draaiing van de maan om de aarde 2. Welke verduistering (zons- of maansverduistering) zou dan optreden bij volle maan? We hebben te maken met twee verschillende vlakken. Het ene vlak is het vlak waarin de aarde om de zon draait. Het tweede vlak is het vlak waarin de maan om de aarde draait. In werkelijkheid maken deze 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. 3. Maak een schets van de situatie die voorkomt bij volle maan. Geef bij je schets ook een korte toelichting. 19

22 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. Nu gaan we even rekenen: we willen weten hoe hoog de zon boven de horizon komt te staan op het hoogste punt. 20

23 Draaiing van de aarde om de zon Kijk goed naar de twee standen die gelden voor (hartje) winter en (hartje) zomer. De hoek die de evenaar maakt met het vlak waarin de aarde om de zon draait is 23º. Voor iemand op de Noordpool komt de zon in de zomer tot een maximale hoogte van 23º. Nederland (punt E) ligt op een geografische breedte van 52º. Dat is aangegeven als hoek alfa in de hieronder staande figuur. De horizon vind je door een raaklijn te tekenen aan de aarde, dit is lijn b in de figuur hiernaast. De maximale hoogte van de zon wordt aangegeven met bèta in de figuur. 1. Toon nu aan dat geldt: En in de winter geldt dan:

24 Draaiing van de aarde om de zon 2. Kun je voorspellen wat de maximale hoogte van de zon is in de lente? Maak hier een duidelijke tekening bij! 3. Er zijn plaatsen op aarde waar de zon 's nachts niet onder gaat: het is dan 24 uur per dag licht. Kijk goed naar de figuur van de beweging van de aarde om de zon. Leg uit of de zon op de Noordpool ondergaat als het zomer is. En: hoe is de situatie dán op de Zuidpool? 22

25 Draaiing van de aarde om de zon 4. Als de zon minder dan 10 graden onder de horizon is, is het nog voldoende licht. Het lijkt er dan op dat het géén nacht wordt. Tot welke breedtegraad is dit 's zomers het geval? Leg uit hoe diep de zon onder de horizon gaat in de zomer in Nederland. 5. Leg uit hoe diep de zon onder de horizon gaat in de zomer in Nederland. 23

26

27 De zon Wat je moet kennen en kunnen: Je kent de globale bouw van de zon. Je kent de energieproductie in de zon. Je kent de levensloop van onze zon. Je kent het verschil tussen kernfusie en kernsplijting. Uit het boek Bestudeer de volgende bladzijden uit je leerboek:.. Opgaven Maak de volgende opgaven:.. 25

28 Onze zon In de voorgaande lessen heb je al iets kunnen lezen over de zon. De zon is geen vaste bol, maar bestaat uit een hoeveelheid plasma met daaromheen een grote uitgebreide atmosfeer. Zie de figuur hieronder. 1. De kern: een enorm hete (circa 15 miljoen K) plasmawolk met een grote dichtheid. Hierin treedt de kernfusie op: de energieproductie van de zon. 2. De stralingszone waarin de energie door middel van straling getransporteerd wordt naar de buitenkant. 3. De convectiezone waarin de energie naar buiten getransporteerd wordt door middel van convectie (beweging). 4. De fotosfeer: hier ontstaat het licht wat wij van de zon ontvangen. De temperatuur is hier circa 6000 K. Met speciale hulpmiddelen kunnen we zien dat het oppervlak hier kookt en borrelt. Hier spelen ook grote magnetische velden een rol. We zien ook zonnevlekken voorkomen die opkomen en weer verdwijnen. 5. De chromosfeer: een laag van een paar duizend kilometer dik met een hoge temperatuur ( K). Hierin zien we zonnevlammen optreden, grote vlambogen die uit de zon schieten en in een grote boog weer terug keren naar het oppervlak. Maar ook: soms schieten grote hoeveelheden de ruimte in. 6. De corona: een uitgebreide gaswolk met een hoge temperatuur (2-3 miljoen K). We zien deze laag niet, alleen tijdens een (totale) zonsverduistering. De gaswolk is erg grillig van vorm en kan sterk veranderen. 26

29 Onze zon De energieproductie van de zon gebeurt door kernenergie. In de kern van de zon smelten vier protonen samen. Er ontstaat dan (uiteindelijk) een Heliumkern volgens het schema hiernaast. Je hoeft dit schema niet uit je hoofd te kennen! Het belangrijkste wat je nu moet weten is dat er tijdens deze reacties die optreden een klein beetje massa verdwijnt! Dat vind je misschien vreemd omdat je steeds hebt gehoord dat er steeds evenveel massa vóór en ná de reactie is. Maar bij kernreacties is er méér aan de hand. Want er verdwijnt niet alleen massa, maar er komt heel veel energie vrij! Dit is energie in de vorm van bewegende deeltjes (protonen, neutronen, ) maar ook in de vorm van straling Einstein maakte hiervoor een relatie: E m c 2 Waarbij de E staat voor energie (in Joule), m voor de massa (in kilogram) die verdwijnt tijdens een reactie en c staat voor de lichtsnelheid (3, m/s). Omdat er bij één kernreactie véél energie vrijkomt én er veel reacties optreden in de zon, komt er dus véél energie vrij. Deze energie moet vervolgens naar buiten worden getransporteerd door de verschillende lagen van de zon. 27

30 Onze zon Wat gebeurt er nu met de zon? Gaat de energie nooit op? Kijk eens naar de levensloop van onze zon 2 : De schaal van deze figuur is in biljoenen jaren. De zon zal in de loop van de tijd steeds iets warmer worden en daarbij iets uitzetten. De kern zal krimpen (er treedt dan een ander soort verbranding op: Heliumkernen gaan fuseren). De zon zal de buitenste lagen afstoten (de zon wordt een rode reus ('Red Giant')) en blijft als een kleine, compacte witte dwerg ('White Dwarf') spaarzaam energie uitstralen. De zon 1. In het bovenstaande wordt gesproken over kernenergie. Noem een aantal andere soorten energie. 2. Als de kern van de zon gaat samentrekken, gaat krimpen, levert dat ook energie op? 2 Uit: Wikipedia 28

31 De zon 3. In de tekst wordt gesproken over een 'rode reus' en een 'witte dwerg'. Wat is een rode reus en een witte dwerg? Als een ster voldoende massa heeft, zal het eind van de levensloop van zo n ster een supernova zijn. Een voorbeeld van zo n supernova is de Krabnevel, een overblijfsel van zo n ontploffing. Krabnevel 4. Een supernova levert een uitbarsting op in korte tijd. De Krabnevel is ontstaan door een uitbarsting van een supernova. Deze uitbarsting is door mensen waargenomen. Zoek op in welk jaar deze uitbarsting is gezien: Uit de geschiedenis kunnen we niet precies herleiden op welk moment de Krabnevel is ontstaan. Als we de onderdelen van de nevel bestuderen, kan hieruit bepaald worden wanneer de explosie heeft plaatsgevonden. 5. Leg uit op welke manier je met de onderdelen van de Krabnevel na kunt gaan wanneer de explosie heeft plaatsgevonden. 29

32 De zon We hebben het niet gehad over het ontstaan van sterren in het algemeen en van de zon in het bijzonder. Sterren ontstaan door het samenklonteren van materiaal. Wanneer dat gebeurt, komt daarbij wel energie vrij, maar zal het geheel nog geen licht uitzenden. De vraag is dan: waar moeten we kijken als we de geboorte van sterren willen waarnemen? 6. Zijn er plaatsen te zien aan de sterrenhemel waar sterren bezig zijn te ontstaan? Waar moet je deze plaatsen zoeken? En waaraan kun je deze plaatsen herkennen? Laten we nog even kijken naar de kernenergie zoals deze hierboven is genoemd. 7. Bereken de energie (in Joule) die vrijkomt als je 1,0 gram materiaal geheel zou kunnen omzetten in energie. 8. De gemiddelde energiebehoefte van een huishouden in Nederland is Joule per dag. Bereken hoeveel dagen een huishouden genoeg heeft aan de kernenergie die je bij vraag 7 hebt berekend. 30

33 Kerncentrales Wat je moet kennen en kunnen: Je kent het verschil tussen kernfusie en kernsplijting. Je kent de globale bouw van een kernenergiecentrale. Je kent de problemen die bij de productie van energie opduiken. Uit het boek Bestudeer de volgende bladzijden uit je leerboek:.. Opgaven Maak de volgende opgaven:.. Kerncentrales Bij kernfusie moeten lichte kernen samensmelten (fuseren) tot een zwaardere kern. Deze zwaardere kern is lichter dan de kernen die samensmelten. Er 'verdwijnt' dus massa, deze massa wordt omgezet in energie. Op aarde is kernfusie als energieopwekking (nog) geen optie. Om de kernen te laten fuseren is een hoge temperatuur nodig. Deze hoge temperaturen leveren (nog) veel problemen op. Een alternatief is kernsplitsing (of kernsplijting). Hierbij worden grote kernen gespleten in middelzware kernen. Ook hierbij geldt: als je de componenten vóór de reactie op de weegschaal zou leggen en zou vergelijken met de totale massa ná de reactie, dan vind je dat er massa weg is. Deze massa is omgezet in energie. Het principe is dus hetzelfde (er wordt massa omgezet in energie), de weg er naar toe anders. Bij fusie (in sterren) smelten deeltjes samen en vormen ze grotere kernen. Bij splitsing worden grote kernen gespleten in enkele kleinere brokstukken. 31

34 Kerncentrales Een typische kernreactie die voorkomt bij kernenergiecentrales die werken met Uranium: [Dit is slechts één van de vele voorkomende mogelijkheden, er komen middelzware kernen vrij én: nieuwe snelle neutronen] Hier wordt een U-235 kern gespleten door een neutron. Er komen splijtingsproducten vrij en een aantal vrije neutronen. Deze neutronen hebben vaak een grote energie, ze bewegen snel. Om een nieuwe reactie tot stand te brengen moeten ze eerst worden afgeremd. Dit gebeurt in een moderator. De vrijgekomen neutronen kunnen dan op hun beurt weer een nieuwe reactie veroorzaken. Bij iedere reactie komt energie vrij (er verdwijnt massa), dus na een aantal reacties komt er veel energie vrij. Als er méér dan één neutron een nieuwe reactie veroorzaakt, krijg je een kettingreactie. Deze kettingreactie moet goed gecontroleerd verlopen in een kerncentrale. De splijtingsproducten zijn vaak (langdurig) radioactief, schadelijk voor de mensen. Deze stoffen moeten dan ook lang gecontroleerd bewaard worden, om te voorkomen dat ze in het milieu terechtkomen. 1. Er wordt hierboven gesproken over een kettingreactie. Wat wordt hiermee bedoeld? En waarom moet dit 'gecontroleerd' verlopen? 2. Waarom komt er steeds méér energie vrij? 32

35 Kerncentrales 3. Er komen bij een splijtingsreactie snelle neutronen vrij. Als de neutronen een nieuwe reactie moeten veroorzaken moeten ze eerst afgeremd worden. Dit gebeurt in een 'moderator'. Hoe zou men de snelle vrijgekomen neutronen kunnen afremmen zodat ze weer een nieuwe reactie kunnen veroorzaken? In de hiernaast staande figuur is schematisch weergegeven hoe een kernreactor is opgebouwd. Splijtstofstaven: hierin zit de stof die door neutronen wordt gespleten. De staven moeten goed gekoeld worden. Grafietkern: het grafiet remt de snelle neutronen af zodat ze weer een splijtingsreactie kunnen veroorzaken ('moderator'). Regelstaven: deze staven zijn in staat om de neutronen in te vangen (absorberen). Daardoor zijn er, als deze staven tussen de splijtstofstaven geplaatst worden, géén neutronen meer, dus géén splijtingen. Koelvloeistof: de gehele inhoud van het reactorvat moet goed gekoeld worden. De warme koelvloeistof wordt gebruikt om een turbine aan te drijven. 4. Leg uit wat er zou gebeuren als de inhoud van het reactorvat niet gekoeld zou worden. 33

36 Kerncentrales Het opstarten van een reactor is een zorgvuldig proces. Omdat er vrij snel héél veel energie kan vrijkomen, kan het gebeuren dat er té weinig energie wordt afgevoerd, waardoor de reactorkern te heet wordt. Het opstarten is een proces van gecontroleerd bewegen van de regelstaven. 5. Stel: de reactor moet opgestart worden. Beschrijf dit proces zorgvuldig. Hieronder staat een schematische tekening van een (kern)centrale. Er staan wat (Engelse) namen bij. Deze afbeelding kun je in animatie zien op: 34

37 Kerncentrales 6. Geef bij ieder van deze namen aan wat de functie is van dat onderdeel. Als je kijkt naar de schematische tekening van een (kern)centrale, dan kun je je voorstellen dat de koelvloeistof ook op een andere manier verhit kan worden. Bijvoorbeeld door te verwarmen met gas (branders) of met steenkool. 7. Vergelijk eens twee centrales met hetzelfde vermogen (ze leveren dus evenveel energie per seconde): één wordt gestookt met behulp van aardgas, de andere met behulp van uranium-235. Schrijf hieronder wat de verschillen zullen zijn (denk hierbij aan aanvoer en afvoer van stoffen, milieuverontreiniging, veiligheid,.). Centrale gestookt met gas Kerncentrale 35

38

39 Ons planetenstelsel (1) 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:.. Ons planetenselsel (1) Deze les is bedoeld om zoveel mogelijk (feitelijke) informatie te krijgen over de planeten van ons zonnestelsel. Niet iedereen doet hetzelfde, je werkt in groepjes aan het verzamelen van de informatie. Misschien dat je de informatie tijdens deze les gaat opzoeken, het kan ook vooraf gebeuren, thuis op je eigen computer. Kijk goed naar de onderstaande opdracht. Aan het eind van deze les ben je op de hoogte van wat jij hebt uitgezocht over jouw planeet en van wat alle andere groepjes hebben uitgezocht over hun planeten. Maak gebruik van het werkblad Planeteninformatie. 37

40 De opdracht 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. 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. Aan het eind van de les krijgt ieder groepje kort de tijd om de gegevens die gevonden zijn kort toe te lichten. Het is de bedoeling dat aan het eind van deze les 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:

41 Ons planetenstelsel (2) Wat je moet kennen en kunnen: Je kent de beweging van de verschillende planeten in ons planetenstelsel. Je kunt de teruglopende beweging van planeten tussen de sterren verklaren. Uit het boek Bestudeer de volgende bladzijden uit je leerboek:.. Opgaven Maak de volgende opgaven:.. Ons planetenstselsel (2) Als we de beweging van planeten tussen de sterren in de loop van de tijd volgen, zien we een vreemd verschijnsel! Allereerst zien we dat de planeet beweegt ten opzichte van de sterren, het lijkt alsof hij z n eigen weg volgt! En dat is ook zo omdat de planeet draait om de zon in een bepaalde tijd. De sterren staan zo ver van ons vandaan dat we geen beweging ten opzichte van elkaar zullen waarnemen. Maar de planeten staan relatief natuurlijk veel dichter bij ons. Hiernaast zie je de beweging van Mars tussen de sterren voor een periode van ongeveer een half jaar. Bron: voor een animatie van deze beweging zie: rad.html) Je ziet dat de baan van de planeet een lus beschrijft tussen de sterren. De planeet lijkt in de loop van de tijd heen en weer te bewegen tussen de sterren.we noemen dat een retrograde beweging (retrograde betekent teruggaan, teruglopen). In deze les gaan we uitzoeken hoe een dergelijke beweging ontstaat. 39

42 Ons planetenstselsel (2) Opdracht 'De retograde beweging'. Maak gebruik van de applet die je kunt vinden op: Ga daar eerst even kijken en kies voor de planeet Mars. Laat de planeten bewegen en kijk goed wat de beweging van Mars is ten opzichte van de sterren. De sterrenachtergrond wordt in deze applet voorgesteld als een grote cirkel op een wat grote afstand van de Marsbaan om de zon. Onderzoek wanneer de beweging van de planeet Mars tegengesteld wordt ( terug gaat lopen ). Gebeurt dat wanneer de twee planeten (Aarde en Mars) tegenover elkaar staan met de zon in het midden? Of als de zon, aarde en Mars op één lijn staan? Opdracht 'Werken met het werkblad'. Gebruik bij deze opdracht het werkblad Planeet tussen de sterren en teken een mooie retrograde beweging van Mars met behulp van de applet. 1. Krijg je ook een retrograde beweging als je naar binnenplaneten kijkt (Venus, Mercurius)? Leg dit uit met behulp van tekeningen (bekijk eventueel ook de applet). 40

43 Ons planetenstselsel (2) 2. Waarom is er een lus zichtbaar in het plaatje hierboven. Je ziet de planeet toch alleen heen en terug bewegen (op één lijn)? 3. Vroeger dacht men dat de aarde in het middelpunt van het heelal stond. Als dat zo zou zijn, is er dan ook een retrograde beweging van Mars zichtbaar? Leg dit duidelijk uit. Een ander verschijnsel van de beweging van planeten om de zon is dat we soms tegen de niet verlichte zijde van een planeet kijken. Die zien we dan dus niet! Het lijkt op de schijngestalten van onze eigen maan (zie hieronder). 41

44 Ons planetenstselsel (2) 4. Verklaar dat we bij de planeet Venus schijngestalten kunnen waarnemen. 4. Ook bij buitenplaneten zien we (iets van) schijngestalten, zoals hieronder bij Mars 3. Verklaar dat. 3 Bron: 42

45 Planetenmodel Wat je moet kennen en kunnen: Je kunt het rekenblad Excel gebruiken voor berekeningen en het maken van grafieken. Je kent de wetmatigheden waarmee de planeten om de zon draaien. Uit het boek Bestudeer de volgende bladzijden uit je leerboek:.. Opgaven Maak de volgende opgaven:.. Planetenmodel Hieronder staat een tabel met gegevens over verschillende planeten. Je vindt deze tabel in het Excel rekenblad: Overzichtplaneten.xls. Eerst gaan we even naar de gegevens kijken. 43

46 Planetenmodel 1. Je ziet dat als de afstand van de planeet tot de zon groter wordt, de omloopstijd T groter wordt. Is het zo dat als de afstand 2 x zo groot wordt, de omloopstijd ook 2 x zo groot wordt? Je ziet ook: als de afstand van de planeet tot de zon groter wordt, wordt de snelheid kleiner. Is het ook zo dat als de afstand 2 x zo groot wordt, de snelheid 2 x zo klein wordt? Omdat je het rekenblad Excel bij natuurkunde nogal eens nodig hebt, gaan we nu kijken hoe je er mee zou kunnen werken. Zorg er voor dat je het Excel rekenblad 'Overzichtplaneten.xls' voor je ziet. Open het tabblad 'planeten'. Voordat je hiermee gaat werken eerst wat theorie: Er geldt: v 6,67 10 M r Met: v: snelheid van de planeet in zijn baan (in m/s) M: massa van de zon (in kg) r: de afstand van de planeet tot de zon (in m) Met deze formule én de gegevens in het rekenblad gaan we kijken. 1. Als bovenstaande relatie juist is, kunnen we met de gegevens de massa van de zon bepalen! Want er geldt dan ook: 2 v r M 6, Is de bovenstaande formule juist voor ons planetenstelsel; de grafiek v 2 tegen 1/r is dan een rechte lijn door (0,0). De grafiek gaan we later bekijken, eerst ga je de massa M van de zon uitrekenen met behulp van de gegevens die in het rekenblad staan. Het probleem is dat de eenheden in de tabel niet de goede eenheden zijn. Je moet eerst v omrekenen van km/u naar m/s. Natuurlijk laat je dat Excel doen, want het is een rekenblad! 44

47 Planetenmodel Maak in kolom F een formule in de rekencel F5. Dat doe je door in te typen: =E5*1000/3600 ; de factor 1000 vanwege km m, de factor 1/3600 vanwege uren naar seconden. Als je op Enter drukt, wordt deze formule eerst uitgerekend en zie je: vierkantje Deze formule kun je kopiëren naar de cellen daaronder door met de muis op het vierkantje te gaan staan. De cursor verandert dan in een kruisje, met de rechtermuisknop ingedrukt kun je de cel kopiëren. Zet boven in de kolom even wat je hebt uitgerekend (zoiets als v(m/s) ). Zet nu in kolom G de waarden voor v 2, dit kun je doen door in cel G5 te zetten: =F5^2. Door deze cellen weer naar beneden te kopiëren krijg je de situatie zoals hiernaast. In de laatste stap moet je twee berekeningen laten maken: je gaat v 2 vermenigvuldigen met r en het resultaat delen door 6, Zet de cursor in cel H5 en vul in: =G5*B5*10^9/(6,67*10^-11). Kopieer deze cel weer naar beneden zoals je hierboven ook hebt gedaan met F5 en G5. In de cellen H5 t/m H12 krijg je de waarde voor de massa van de zon die met de gegevens van de betreffende planeet is uitgerekend. 3. Het resultaat wat je krijgt in deze kolom H (in de cellen H5 t/m H12) moet dus de massa zijn van de zon. Zoek de massa van de zon op en vergelijk jouw uitkomsten. Conclusie? 45

48 Planetenmodel Het tweede wat gedaan moet worden is een grafiek maken waarbij je v 2 uitzet tegen 1/r. Als dat een rechte oplevert, is dat een stevige aanwijzing dat de relatie die hierboven staat wel oké is! Zet in de kolom naast H (dus in I) de berekening voor 1/r, dus in cel I5 staat dan: =1/(B5*10^9 Kopieer deze weer naar beneden. Kies nu voor invoegen, grafiek, spreiding en kies volgende. Haal alles wat er in het venstertje linksonder staat weg. Druk vervolgens op Toevoegen en kies eerst voor de x-as door op het vakje rechts te klikken (zie hierboven). Je kunt dan met de (linker)muis(knop) de goede cellen selecteren voor de x- waarden (in dit geval de kolom waar de 1/r-waarden in staan). Selecteer hierbij niet de titel van Deze dus allemaal verwijderen. Hiermee de waarden voor de x-as kiezen de kolom. Als je dat gedaan hebt, klik weer op het rode vakje, de x-waarden zijn gereed. Assen verder opmaken Doe nu hetzelfde voor de y- waarden (kies daarvoor de kolom waar de v 2 -waarden in staan). Als je dat hebt gedaan, kies dan volgende, je kunt dan de assen verder opmaken. Kies daarna op volgende en kies of je de grafiek ín het rekenblad wilt hebben of dat het een apart blad wordt. Je bent nu klaar met het maken van de grafiek. Misschien dat je zó ingespannen bezig bent geweest dat je niet of nauwelijks hebt gelet op de vorm van de grafiek. Deze is, zoals je ziet, kaarsrecht! En ook nog door (0,0). Dat betekent dat de relatie: v 6,67 10 M waarschijnlijk een goed model oplevert. r Je moet nog even kijken of de helling juist is om na te gaan of ook de constante juist is. Dat hoef je op dit moment niet te doen. 46

49 Planetenmodel 4. Kees zegt: Als r 2x zo groot wordt, wordt 1/r ook 2x zo groot. Nee, zegt Jakoba, Dat klopt niet. Als r 2x zo groot wordt, wordt 1/r 2x zo klein! Leg uit wie er gelijk heeft. Laat dat met een getallenvoorbeeld zien. 5. Als 1/r 2x zo groot wordt, dan wordt v 2 ook 2x zo groot. Hoeveel wordt v dan groter? 6. Als je goed kijkt in de gemaakte grafiek (waarbij je v 2 hebt uitgezet tegen 1/r) kun je je afvragen welk meetpunt nu hoort bij de planeet Mercurius. Geef dat meetpunt aan met een rode stip en zet daar Mercurius bij. Extra opdracht Een extra oefening zou kunnen zijn: Er geldt ook dat: r constante T 3 2 Dus als je een grafiek gaat maken waarbij je r 3 (vertikaal) uitzet tegen T 2 (horizontaal), dan krijg je ook weer een rechte door (0,0). Maak eerst een kolom met: r 3 en een kolom met T 2. Als je nu een grafiek maakt waarbij je r 3 (vertikaal) uitzet tegen T 2 (horizontaal), dan krijg je ook weer een rechte door (0,0). Maak deze grafiek en trek je conclusie. Je hebt in deze les het een en ander geleerd over ons planetenstelsel, vooral wat betreft: de snelheid van de planeten in hun baan en de afstand tot de zon. Maar ook heb je ervaring opgedaan met het rekenblad Excel. Deze vaardigheid kun je in de vierde klas bij het vak natuurkunde goed gebruiken! 47

50

51 Leven op een planeet Les 8 en 9 'Leven op een planeet' Wat je moet kennen en kunnen: Je kunt een geschikte aanpassing vinden om in een vijandig milieu te overleven. Deze aanpassing wordt gemaakt voor een kleine groep mensen én voor een grotere groep. Je kunt deze aanpassing presenteren naar de andere leerlingen en je aanpassing ter discussie stellen. Uit het boek Bestudeer de volgende bladzijden uit je leerboek:.. Opgaven Maak de volgende opgaven:.. Leven op een planeet Opdracht 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. 49

52 Leven op een planeet De twee onderzoeksinstellingen willen nu van jullie weten: áls wij nu kiezen voor een bepaalde planeet, kunnen jullie dan aangeven: Welke onderzoeken kunnen goed op deze planeet plaatsvinden? Waarom is deze planeet daar zo goed voor? Hoe kan een kleine groep onderzoekers daar gedurende een langere tijd (zeg: ca. 10 jaar) overleven? Wat is daarvoor nodig? Bedenk een omgeving waarin de onderzoekers zo goed mogelijk kunnen functioneren. Als er een kleine stad (ca mensen) gemaakt zou worden, op of bij de planeet, waaraan moet de omgeving dan voldoen? Welke omstandigheden moeten speciaal voor de stad gemaakt worden? Waarop moet gelet worden? Bedenk ook: iedere reis naar de planeet neemt een tijd in beslag én is erg duur. De bevoorrading van zo n planeet kan wel eens behoorlijk uit de hand lopen. Misschien moet de planeet dan ook zelf voor zijn eigen benodigdheden zorgen. Het is geen gemakkelijke opgave om dit te verzinnen, denk bijvoorbeeld alleen al aan de lucht die wij nodig hebben en die niet overal aanwezig is. Tijdens deze twee lessen ga je, in groepen, een onderzoeksstation én een kleine stad voor de planeet ontwerpen. Welke planeet dat is, wordt je gezegd. Vooraf ga je eerst onderzoeken onder welke omstandigheden je op de planeet zou aankomen. Bedenk: hoe warm/koud is het daar, is er zuurstof aanwezig, kun je gebruik maken van spullen die daar al zijn? Laat je fantasie ook werken, het plan hoeft niet tot in de kleinste details te zijn uitgewerkt, houd je maar aan de grote lijnen. 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 een kleine (onderzoeks)groep, of in een grotere groep (in een stad ). 50

53 Leven op een planeet: presentaties Wat je moet kennen en kunnen: Je kent de verschillende leefmilieus op de verschillende planeten. Je kunt een geschikte aanpassing kiezen om in een vijandig milieu te overleven. Uit het boek Bestudeer de volgende bladzijden uit je leerboek:.. Opgaven Maak de volgende opgaven:.. Leven op een planeet: presentaties Opdracht In deze les ga je de aanpassingen bekijken die andere leerlingen voor andere 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?. Dit blad kan meerdere keren worden gekopieerd. 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. 51

54

55 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. 53

56 2. Wat tref je aan? Informatieblad 'Wat tref je aan?' Planeet: Namen: Welke aanpassingen zijn nodig? Mogelijke oplossingen: 54

57 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 55

58 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 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. 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 56

59 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 57

60 Werkblad 'Planeteninformatie' Planeet: Afstand tot de zon (m) Massa (kg) Diameter (m) Temperatuur s nachts/overdag Dampkringsamenstelling Manen en bijzonderheden Verdere informatie 58

61 Thema: Bewegen 59

62

63 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!': 61

64 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 m 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. 62

65 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 meegefilmd. 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. 63

66 Uit het boek Bestudeer de volgende bladzijden uit je leerboek:.. Opdrachten Bij deze opdrachten hoort een werkblad 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. 64

67 Een beweging op video vastleggen! Les 4, 5 en 6 Je hebt in de vorige lessen gezien dat je kunt meten in 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 zelf een experiment uitvoeren en daarvan een filmpje maken. Je moet ook zelf bedenken hoe je het probleem gaat oplossen. Laten we eerst eens kijken naar het probleem. Het probleem Wanneer je alleen op de fiets zit, kun je snel optrekken. De snelheid verandert dan veel in korte tijd. Als er iemand achterop zit, zal de snelheid niet zo snel veranderen. Dit ga je onderzoeken: hoe verandert het snelheid-tijd diagram als er een passagier op de fiets meerijdt? Hoe ga je dit oplossen? Er zijn twee experimenten: een fietser fietst alleen én een fietser fietst met een passagier. Je moet goed nadenken over de zaken die kunnen veranderen bij deze twee experimenten. Om te onderzoeken hoe het snelheid-tijd diagram verandert, mag je maar één ding in het experiment veranderen. Een natuurkundige zou zeggen: 'Je mag maar één grootheid variëren!'. Bij dit experiment kunnen veel grootheden veranderen: de massa, (fiets)kracht, wrijvingskracht, tijd, afstand, snelheid, soort fiets, bandenmaat, druk in de fietsband, de ondergrond en bedenk zelf ook nog maar enige grootheden! Veel 'variabelen' dus! Je kunt het probleem op veel manieren aanpakken en veel zaken onderzoeken. Het is erg belangrijk om van tevoren goed na te denken over de vraag die je je zelf wilt stellen. En pas dan kun je een goed antwoord geven op die vraag! Aan jou de taak om dit probleem zo aan te pakken dat je aan het eind een goede conclusie kunt trekken. Filmpje maken 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 goede onderzoeksvraag stellen; je kunt daarvoor een experiment opzetten; je kunt een goede videofilm maken om daarin te kunnen meten; je kunt deze film gebruiken om te meten; je kunt snelheid-tijd diagrammen maken van de bewegingen; je kunt een goede conclusie trekken uit de resultaten van je metingen. 65

68 Uit het boek Bestudeer de volgende bladzijden uit je leerboek:.. Opdrachten Maak een beschrijving van het probleem aan de hand van het werkblad 'Fietser: een onderzoek'; voer de metingen uit en geef de resultaten weer in het werkblad; formuleer een goede conclusie uit jouw onderzoek. 66

69 Het vallende voorwerp 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. 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. 67

70 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; in het werkblad staan enkele nieuwe situaties beschreven. Kun je een voorspelling geven wat het effect van wrijving is in deze situaties? 68

71 De toets Les 11 en 12 Het wordt tijd om even om terug 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 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. Maar: eigenlijk ben jij de expert die moet weten wat je allemaal hebt ondernomen deze lessen. En: jij kunt je medeleerling ook wel aangeven wat belangrijk is of niet. In deze les (les 11) ga je samen met een medeleerling een toets vraag maken. Deze vraag moet aan een aantal eisen voldoen. Deze eisen staan hieronder beschreven. Je docent zal een aantal vragen, die in deze les worden gemaakt, gebruiken voor de eindtoets in les 12. Toets vraag maken Maak, samen met een medeleerling, een toets vraag die voldoet aan de volgende eisen (we hebben hier een vinklijstje van gemaakt zodat je zelf kunt afvinken of jouw vraag aan de eis voldoet). Het maken van deze toets vraag levert ook punten op voor de eindbeoordeling van dit onderwerp. 69

72 Nr. Eisen voor de vraag 'Check' 1 De toets vraag gaat over een 'werkelijke' situatie, een situatie die in de praktijk ook voorkomt; 2 De toets vraag bestaat uit minstens vijf onderdelen; 3 De toets vraag moet te beantwoorden zijn met de kennis en kunde van dit onderwerp 'Bewegen' (het gaat dus over de bovenbeschreven lessen én de lessen uit je leerboek); 4 De deelvragen moeten kennis en/of kunde toetsen die hoort bij dit onderwerp (de deelvragen mogen dus niet te gemakkelijk, maar ook niet te moeilijk zijn); 5 De deelvragen moeten zonder computer (dus alleen met pen en papier) te beantwoorden zijn; 6 De gehele toets vraag moet beantwoord kunnen worden in ca. 10 minuten (ongeveer 5 á 6 toets vragen in een lesuur); 7 De toets vraag moet worden uitgewerkt door de makers op een manier zoals de makers verwachten van de leerling die deze vraag in de toets krijgt; 8 De makers van de toets vraag maken een scorelijst bij de uitwerking van de toets vraag (hoeveel punten krijg je als je de vraag goed beantwoord); 9 De toets vraag wordt voorgelegd aan de docent, deze zal eventueel nog een toelichting vragen of een aanvulling geven. 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 gemaakt zijn in les 11; het bevat vragen die de docent toegevoegd heeft over dit onderwerp. 70

73 Een eigen onderzoek! Les 13, 14 en 15 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. 71

74

75 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: Leg uit waarom in bovenstaande vraag staat 'ongeveer'. Antwoord:... 73

76 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: 74

77 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: 75

78 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: 76

79 Werkblad 'Beweging' De afstand van persoon A tot (0,0) verandert in de loop van de tijd. Als we de afstand voorstellen met het symbool x en de tijd met het symbool t, dan kunnen we schrijven: x = 2 t Met deze beschrijving - we noemen dit de plaatsfunctie- kun je de afstand x berekenen op een willekeurig tijdstip. 10. Bereken de plaats op het tijdstip: 1. t = 10 s; x = t = 20 s; x = t = 40 s; x =... De beweging van wandelaar B kun je ook beschrijven met een plaatsfunctie. 11. Leg uit waar B zich bevindt op tijd tijdstip t 0,0s. Antwoord: 12. Leg uit hoe groot de snelheid van B is (hoeveel meter legt B af in één seconde?). Antwoord: 77

80 Werkblad 'Beweging' 13. Geef nu de plaatsfunctie van wandelaar B. Antwoord: x = De twee wandelaars passeren elkaar 14. Leg uit op welk tijdstip dit gebeurt. Antwoord: Passeren gebeurt als de twee personen op dezelfde plaats zijn! Je kunt dus ook uitrekenen wanneer de twee personen bij elkaar zijn! Denk aan de twee plaatsfuncties. 15. Bereken wanneer de twee personen elkaar passeren. Laat goed zien hoe je dat doet. Antwoord:

81 Werkblad 'Beweging' 16. Leg uit wanneer de afstand van beide personen 15 meter is. Antwoord: Kun je ook berekenen wanneer de afstand van beide personen 15 m is? Laat dat eens zien! Antwoord:

82 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: 80

83 Werkblad 'Gas geven!' 3. Toon aan dat de snelheid van Kees na 20 seconden ongeveer 16 m/s bedraagt. Laat duidelijk zien hoe je dat doet. Antwoord: 4. Leg uit of Kees de maximum snelheid overtreedt tijdens dit experiment. Antwoord: 5. Bepaal zo nauwkeurig mogelijk de snelheid van Kees op het tijdstip 8 s. Laat duidelijk zien hoe je dat doet. Antwoord: 81

84 Werkblad 'Gas geven!' 6. 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: 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. 7. Bepaal de grootte van de versnelling van Kees. Antwoord: 8. 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. 82

85 snelheid (m/s) Werkblad 'Gas geven!' Hieronder staat een snelheid-tijd grafiek van een ander bewegend persoon tijd (seconden) 9. Beschrijf de beweging van deze persoon. Leg hierbij ook uit of de snelheid van deze persoon ook steeds evenveel toeneemt per seconde. Antwoord: 10. Bepaal de versnelling van deze persoon. Antwoord: 83

86 Werkblad 'Gas geven!' 11. Leg uit hoe groot de gemiddelde snelheid van deze persoon is. Antwoord: 12. Leg uit hoeveel meter deze persoon heeft afgelegd na 10 s, en na 20 s. Antwoord: 13. 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: 84

87 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. Kopieer het afstand-tijd diagram naar het klembord en zet deze afdruk hieronder. 85

88 Werkblad 'Twee wandelaars' (digitaal) 2. Geef hieronder een beschrijving van de beide bewegingen. Beweging 2: Beweging 1: Het snelheid-tijd diagram Kopieer het snelheid-tijd diagram naar het klembord en zet deze afdruk hieronder. 86

89 Werkblad 'Twee wandelaars' (digitaal) 2. Geef hieronder een beschrijving van de beide bewegingen Beweging 1: Beweging 2: 87

90 4. Werkblad 'Fietser: een onderzoek' (digitaal) Werkblad 'Fietser: een onderzoek' (digitaal) Naam: Probleem: Hoe verandert het snelheid-tijd diagram als er een passagier op de fiets meerijdt? Analyse van het probleem: Welke (belangrijke) grootheden kunnen allemaal veranderen bij het experiment, welke ga je echt veranderen en welke houd je constant én hoe houd je deze constant? Grootheid Variëren Constant houden Hoe constant houden? 1. Formuleer nu een goede onderzoeksvraag: 2. Wat verwacht je? Geef hieronder aan wat je verwachting van het onderzoek is, wat zal het resultaat zijn volgens je eigen verwachting? 88

91 Werkblad 'Fietser: een onderzoek' (digitaal) De planning Je hebt voor dit onderzoek 3 lessen de tijd. Wellicht moet je ook buiten de les om tijd besteden aan dit onderzoek. Sommige onderdelen moeten per se in de les gebeuren (omdat je anders de spullen niet tot je beschikking hebt), andere onderdelen kunnen ook thuis of op een andere plaats gebeuren. Je docent zal aangeven wanneer je klaar moet zijn met dit onderzoek, hij zal een 'deadline' opgeven. Uitstellen is geen optie. Dus je moet je werkzaamheden goed plannen. Datum Tijd Wat doen? Wie? Klaar? 1. Het onderzoek Maak een kopie van één videobeeldje en zet dat hiernaast. Maak het beeld klein, circa 3 cm x 3 cm. 89

92 Werkblad 'Fietser: een onderzoek' (digitaal) 2. Het afstand-tijd-diagram Kopieer de afstand-tijd diagrammen naar het klembord en zet deze afdrukken hieronder. 3. Het snelheid-tijd-diagram Kopieer de snelheid-tijd diagrammen naar het klembord en zet deze afdrukken hieronder. 4. De conclusie Formuleer nu een goede conclusie van jouw onderzoek. Kijk goed naar je onderzoeksvraag: de conclusie geeft natuurlijk ook antwoord op die vraag! Geef ook aan of je verwachting is uitgekomen. 90

93 Werkblad 'Fietser: een onderzoek' (digitaal) 5. Verbetering? Als je deze opdracht nú opnieuw zou doen, voer je deze dan op dezelfde manier uit of zou je het op een andere manier gaan uitvoeren? Geef hieronder aan wat je ánders zou doen. 91

94 5. 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: 92

95 Werkblad 'Vallende kegels' (digitaal) 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 rechtevenredig 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. 1. 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. 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 (digitaal) hieronder. 93

96 Werkblad 'Vallende kegels' (digitaal) 2. Na hoeveel meter is de snelheid van de vallende kegel (vrijwel) constant? Antwoord: 3. Hoe groot is deze snelheid ongeveer? Antwoord: 94

97 Werkblad 'Vallende kegels' (digitaal) Meet van de verschillende kegels het dwarsoppervlak in cm 2. Bedenk daar zelf een mooie methode voor. 4. Hoe bepaal jij de dwarsoppervlakte van een kegel? Antwoord: 5. 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: 95

98 Werkblad 'Vallende kegels' (digitaal) 7. Wat is de conclusie van dit onderzoek? Formuleer dat zorgvuldig hieronder: Nieuwe situaties 8. Als een parachutist zich zo breed mogelijk maakt en zich laat vallen, dan zal de snelheid na enige tijd constant zijn: 40 m/s. Als dezelfde parachutist met zijn hoofd naar beneden valt, zal de snelheid groter zijn. Bepaal deze snelheid en beschrijf hoe je dat doet. Antwoord: 96

99 Werkblad 'Vallende kegels' (digitaal) 9. Als een badmintonshuttle wordt weggeslagen, heeft deze een grote snelheid (en dus een grote vertraging). Teken de baan van zo'n shuttle en leg ook uit waarom je dat zó tekent. Baan van de shuttle: 10. Bij Mythbusters werd een proefje gedaan waarbij met een zwaar kaliber geweer een kogel in een zwembad werd geschoten. De mythe was dat je, als er op je geschoten wordt, ver moet onderduiken zodat de kogels een wat grotere afstand in water moeten afleggen. Deze mythe werd 'ge-confirmed'! Kun je uitleggen wat er met de kogel gebeurt als deze in water wordt geschoten? Antwoord: 97

100 6. Werkblad 'Eigen onderzoek'(digitaal) Werkblad 'Eigen onderzoek' (digitaal) De onderzoeksvragen Stel hieronder je onderzoeksvragen (geef een beschrijving) Experimenten Geef hieronder een beschrijving welke experimenten je gaat uitvoeren. Verwachting Geef hieronder aan wat je verwacht te vinden. 98

101 Werkblad 'Eigen onderzoek' (digitaal) 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? De presentatie (presentatie op (datum en tijd) Beschrijf je presentatie kort (verwijs eventueel naar een bijlage). 99

102 Werkblad 'Eigen onderzoek' (digitaal) Beschrijf welke spullen je nodig hebt. Presentaties van andere leerlingen Onderwerp: Onderzoeksvragen: Beschrijving van het uitgevoerde experiment: 100

103 Werkblad 'Eigen onderzoek' (digitaal) Conclusie(s): Verbeterpunten: 101

104

105

106 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]