8. De klok van opa (2009) Auteurs Laatst gewijzigd Licentie Webadres Eindhoven School of Education 04 May 2015 CC Naamsvermelding-GelijkDelen 3.0 Nederland licentie http://maken.wikiwijs.nl/48449 Dit lesmateriaal is gemaakt met Wikiwijs Maken van Kennisnet. Wikiwijs Maken is een onderdeel van Wikiwijsleermiddelenplein, hét onderwijsplatform waar je leermiddelen zoekt, vergelijkt, maakt en deelt.
Inhoudsopgave Inleiding Opdrachten Woordenlijst Opdrachten Theorie Werkwijze Afsluiting Over dit lesmateriaal Pagina 1 8. De klok van opa (2009)
De klok van opa Inleiding Opa Fritz heeft een Koekoeksklok waar hij heel trots op is. Deze klok liep de laatste tijd niet meer goed op tijd. Opa Fritz heeft zijn neef Handige Harrie hier naar laten kijken. Deze heeft de klok uit elkaar gehaald, alles nagekeken en gerepareerd, behalve met de slinger wist hij geen raad. Daar is nog iets goed mis mee. Opa Fritz zoekt nu jullie hulp om uit te zoeken wat er aan de slinger moet veranderen om deze klok weer op tijd te laten lopen. Nu denken jullie met de moderne kennis van tegenwoordig dat het probleem van Opa Fritz makkelijk opgelost kan worden. Dat is ook zo, alleen dit is echter geen moderne kennis. Integendeel het is hele oude kennis. Galileo Galilei had eeuwen geleden hier al een uitvinding voor gedaan. Ondanks dat Galileo veel conflicten met de kerk had gehad, ging hij tijdens zijn studentenjaren elke zondag naar de kerkmis in de kathedraal van Pisa. Volgens één van Galileo's biografen woonde hij in 1583 een kerkmis bij in deze kathedraal. Het verhaal gaat dat tijdens deze nogal saaie kerkmis, Galileo's aandacht werd afgeleid door een lamp die aan een lange ketting aan het plafond hing. Deze bewoog heen en weer door de tocht en Galileo merkte dat de slingerbewegingen van de lamp, of ze nu groot of klein waren, steeds evenveel tijd in beslag namen. Galilei ontdekte zo één van de slingerwetten: "Wat ook de uitwijking is van een slinger, de tijd die nodig is om de zwaaibeweging te maken is precies hetzelfde". Dit verhaal is volgens de moderne biografen niet juist want de lamp waarover gesproken wordt, is pas 2 jaar later (1585) in de Dom geplaatst. Later werden Galileo's ideeën betreffende de slinger gebruikt bij de constructie van de eerste precieze klokken (bron: http://www.devalvangalilei.be/files/leven/pisa/slingerbeweging.html). Ga nu verder met de rest van de webkwestie zodat je uiteindelijk Opa Fritz kan helpen. Deze webkwestie is een reis door verschillende vakken: Science, Wiskunde en Informatica. Klik hiervoor op Opdracht. Pagina 2 8. De klok van opa (2009)
Pagina 3 8. De klok van opa (2009)
Opdrachten De bedoeling van deze webkwestie is dat je uitzoekt wat invloed heeft op de slingertijd van een slinger. Op heel netjes gezegd: welke factoren invloed op de slingertijd hebben. Moet de massa van het gewichtje van de klok van opa Fritz veranderd worden? En/of moet de lengte van de slinger aangepast worden? En zou het uitmaken waar de eerste keer de slinger los gelaten wordt? Of in andere woorden zou het uitmaken wat de eerste uitwijking is van de slinger? In deze webkwestie ga je uitzoeken op internet wat volgens de theorie een belangrijke rol speelt bij de slingertijd. Zoals een goed wetenschapper ook moet doen, gaan jullie naderhand de theorie controleren van de slingertijd door middel van proefjes. Immers een theorie heeft pas waarde, als hij bewezen is met proefjes. Wist je trouwens dat Galileo ook een van de eersten was die vond dat je een theorie altijd moet bewijzen door proefjes. En dat was natuurlijk een heel goed idee van hem. Voor de tijd van Galileo deden de geleerden dat helemaal niet op deze manier: zij waren al tevreden als ze een mooie theorie hadden en waarom zou je dat moeten bewijzen volgens hun. De vondst van Galileo van het bewijzen van theorie door middel van proefjes, is een omslag in de wetenschappelijke wereld geweest: vandaag de dag vindt iedereen het meer dan normaal dat theorieën door middel van proefjes bewezen moeten worden. Dit wordt met een deftig woord ook wel de experimentele natuurkunde genoemd. Woordenlijst Hieronder staat een woordenlijst van woorden die in deze webkwestie zijn gebruikt. Applet Citeren Simuleren Slingerbeweging Slingerlengte Slingermassa Slingertijd Startuitslag spreek uit: epplet. Een applet is een mini computer programmaatje waarin je iets kan veranderen en dan het effect ervan kan zien een stukje tekst letterlijk uit een document overnemen. Zet dit stukje tekst tussen aanhalingstekens.... naspelen van de werkelijkheid één heen-en-weer gaande beweging; dus de beweging na het loslaten en en het weer terugkomen op dezelfde plaats lengte van het touwtje van de slinger (niet de uitwijking van de slinger!!!!) massa die aan de slinger hangt tijd die één slingerbeweging kost om bij het beginpunt uit te komen (dus de heen-en-weer gaande beweging) de uitwijking die je een stilstaande slinger geeft, zodat hij daarna gaat slingeren Opdrachten Theorie Hieronder staan de opdrachten voor deze webkwestie in detail. Doorloop de opdrachten in de volgorde zoals ze aan jullie aangeboden zijn in deze webkwestie. Pagina 4 8. De klok van opa (2009)
Maak de opdrachten en noteer de antwoorden op de vragen in een klein verslag (maximaal 1 A4). Alle opdrachten moet je alleen uitvoeren behalve de practicumopdrachten. Deze doe je in tweetallen. Als je een antwoord op een vraag vind in een bron, moet je altijd aangeven in welke bron je het gevonden hebt en citeer het stukje tekst waar jij je antwoord uit afleid(letterlijk overnemen uit de bron met aanhalingstekens er omheen... ). Opdracht 1: Theorie onderzoek 1.1 Onderzoek de info bronnen en zoek uit wat een belangrijke rol speelt in de slingertijd. 1.2 Heeft de massa die aan de slinger hangt invloed op de slingertijd? 1.3 En heeft de lengte van de slinger invloed op de slingertijd? 1.4 En zou het wat uitmaken als je de slinger de eerste keer van een grotere hoogte los laat? 1.5 Wat moet volgens jou veranderd worden aan de klok van Opa Fritz om deze weer op tijd te laten lopen? 1.6 Onderzoek de info bronnen nog een keer en zoek uit hoe de stroming in de natuurkunde heet die een theorie altijd bewijst door middel van experimenten. En hoe heten de andere vormen van natuurkunde? Opdracht 2: Spelen met een simulatie van een slingerbeweging Voor deze opdracht heb je toegang nodig tot internet!!! 1. Hieronder plaatje met een link naar een zgn. applet (spreek uit: epplet). Een applet is een mini computer programmaatje waarin je iets kan veranderen en dan het effect ervan kan zien. Dit wordt ook wel een simulatie genoemd omdat de werkelijkheid nagespeeld wordt: de werkelijkheid wordt gesimuleerd. In dit geval is het een applet van een slinger en kan je bijvoorbeeld de slingerlengte en de slingermassa veranderen. Speel eens met de slingerlengte en de slingermassa. Bekijk eens wat er met de slingertijd gebeurt. Deze slingertijd staat links onderaan in de applet. (Rechts in de applet staat ook een zogenaamd grafiekje met bergen en dalen. Hier hoef je niet naar te kijken voor je conclusies). Noteer je observaties die je doet bij het spelen met deze applet. Bevestigen jouw observaties jouw ideeën uit opdracht 1? Beschrijf in je verslag wat je observeert en leg uit of je observaties jouw ideeën uit opdracht 1 bevestigen. Leerdoel van deze opdracht: een indruk krijgen van wat er gebeurt in deze applet en enkele nieuwe aspecten leren. Het leerdoel is zeker niet : alles begrijpen wat er in deze applet gebeurt. Pagina 5 8. De klok van opa (2009)
Opdracht 3: Hoe doe je experimenten? 1. Als je zou willen onderzoeken wat de invloed is van de lengte en van de massa op de slingertijd van de slinger, welke van de volgende methode zou je toepassen: methode a: zou je twee proefjes doen waarbij je in het 2 de proefje de massa en de slingerlengte verandert ten opzichte van het 1 ste proefje? methode b: of zou je drie proefjes doen: waarbij in 2 de proefje alleen de massa verandert en in 3 de proefje alleen de slingerlengte? Het voordeel van methode a is dat je natuurlijk lekker snel klaar bent: het scheelt een proefje. Welke methode zou jij kiezen? Methode a of b? En waarom? 2. En dan hier nog een vraag over experimenten doen: als je twee keer hetzelfde experiment doet en je doet een meting, komt er dan twee keer precies hetzelfde eruit? Stel dat er twee keer niet hetzelfde meetresultaat uitkomt, hebben proefjes dan nog wel zin? Als ze nog zin hebben, hoe zou je het aanpakken om toch conclusies hieruit te trekken? 3. In deze webkwestie gaan jullie je eigen gemaakte water/zandklok gebruiken als echte klok. Jullie klok geeft na een bepaalde tijd een geluidssignaal. Als je deze tijd enkele keren met een stopwatch meet, verwacht je dat deze tijd altijd precies hetzelfde is? Zo ja, waarom? Zo nee, waarom niet? 4. Om uit te vinden welke factoren de slingertijd beïnvloeden, welke factoren zou je dan willen onderzoeken? 5. Als je de slingertijd van 1 slingerbeweging zou willen meten, wat kan je dan het beste doen: of de tijd meten van 1 slingerbeweging of de tijd meten van een aantal slingerbewegingen en deze tijd delen door het aantal slingerbewegingen? En waarom? 6. Als je de invloed van de massa op de slingertijd wilt onderzoeken, moet je verschillende massa s aan de slinger ophangen. Hoe zou je dit aan de slinger ophangen? Aan elkaar waardoor de slinger steeds langer wordt of naast elkaar zodat de slingerlengte niet verandert? 7. Welke spullen heb je nodig voor het doen van proeven om je theorie te bewijzen en hoe gaat je de proeven doen? 8. Wat ga je noteren per proef? Zo, het eerste stuk zit erop. Opa Fritz begint hoop te krijgen dat jij hem gaat helpen. Als je jouw antwoorden op bovenstaande vragen in een klein verslag(max. 2 A4-tjes) hebt ingeleverd bij de docent, moet je wachten totdat je verslag is nagekeken en je mogelijke foutjes hebt vernomen. Daarna mag je pas doorgaan met de volgende opdrachten. Deze vind je op de volgende pagina van deze webkwestie waar je komt door op Werkwijze te klikken. Pagina 6 8. De klok van opa (2009)
Werkwijze Hieronder staan de praktische opdrachten voor deze webkwestie in detail. Voordat je met practicum begint, zoek een partner om samen de proefjes mee te gaan doen en verzamel de spullen die je nodig denkt te hebben. Zorg dat je alle waarnemingen en variaties in massa, startuitslag en slingerlengte goed registreert. Je zult het naderhand nodig hebben bij de verwerking. Nog ter herinnering: onderstaande opdrachten voer je in tweetallen uit. Wel moet ieder zijn eigen verslag maken!!!! Opdracht 4: Uitvoeren van practicum Verzamel de spullen die je voor de vorige opdracht hebt moeten bedenken. Voordat je start met de proef, lees altijd eerst de hele tekst door van de hele opdracht. De tabelletjes met meetgegevens die je moet maken tijdens het practicum, kan je het beste tijdens het practicum op papier maken en niet meteen in MS*Excell. Voer na het practicum de gegevens van papier in in MS*Excell voor je verslag en verdere verwerking. Opdracht 4a: effect van slingerlengte op slingertijd gemeten met eigen klok verander de slingermassa niet meet het aantal slingerbewegingen tussen twee geluidssignalen van je klok en noteer deze; als er niet een geheel aantal slingerbewegingen tussen twee geluidssignalen is, dan maak een schatting (bijv. 3 1/3 slingerbeweging); noteer ook de slingerlengte om de slingerbeweging op gang te brengen, moet je het slingergewicht met je hand opzij trekken vanuit de ruststand; zorg ervoor dat je dat elke proef met dezelfde startuitslag doet (moet ca. 5 cm zijn) herhaal deze proef zonder de opstelling te veranderen en noteer wederom het aantal slingerbewegingen en de slingerlengte herhaal deze 2 proeven bij 4 andere slingerlengtes; kies zelfde deze 4 lengtes uit waarbij deze tussen 30 en 150 cm moeten liggen Wat valt je op aan de resultaten? Is bij elke herhalingsproef het aantal slingerbewegingen hetzelfde als de voorgaande proef? Zo nee, hoe komt dat? Zou dat ermee te maken kunnen hebben dat de tijd tussen 2 geluidssignalen niet constant is? Zo ja, hoe zou je de proef kunnen verbeteren? Noteer al je antwoorden bij deze vragen. noteer je metingen in een tabelletje dat er als volgt uitziet: Opdracht 4b: bepalen nauwkeurigheid van eigen klok meet met een stopwatch een keer of 4 de tijd tussen 2 geluidssignalen van je eigen klok. Noteer de tijden. hier moet je dus geen slingerproeven doen Pagina 7 8. De klok van opa (2009)
wat valt je op? is de tijd tussen 2 geluidssignalen per proef hetzelfde? noteer je metingen in een tabelletje dat er als volgt uitziet: Opdracht 4c: effect van slingerlengte op slingertijd gemeten met stopwatch doe proefjes waarbij je de de slingertijd bepaalt voor alle lengtes die je in opdracht 4a ook gebruikt hebt. En herhaal de proef altijd 1x zonder dat je iets wijzigt aan je proefopstelling. Gebruik dezelfde slingermassa als bij opdracht 4a. noteer wederom de waarnemingen denk wederom aan startuitslag van 5 cm noteer je metingen in een tabelletje dat er als volgt uitziet : Opdracht 4d: effect van massa op slingertijd gemeten met stopwatch voer deze opdracht uit voor een vaste slingerlengte (bijv. 1 meter). Noteer deze lengte. bepaal de slingertijd d.m.v. proefjes bij verschillende massa s; kies 4 verschillende massa s. Noteer de massa s. neem hetzelfde aantal slingerbewegingen als in de vorige opdracht wederom: startuitslag van 5 cm wat valt je op? noteer je metingen in een tabelletje dat er als volgt uitziet : Opdracht 4e: effect van startuitslag op slingertijd gemeten met stopwatch voer deze opdracht uit voor een vaste slingerlengte (bijv. 1 meter) en een vaste massa bepaal de slingertijd d.m.v. proefjes bij verschillende startuitslagen (bijv. 5, 15, 50 en 100 cm) wat valt je op? Pagina 8 8. De klok van opa (2009)
Opdracht 4f: verslagje maak een verslagje met alle meetresultaten, waarnemingen en data per opdracht; je hoeft hier nog geen grafiekjes te maken Opdracht 5: Verwerking van de practicum resultaten In dit deel van de opdracht over Galileo Galilei gaan we de resultaten van de experimenten verder bekijken. Eén van de manieren om naar de meetgegevens van de proeven te kijken is om de resultaten om te zetten in grafieken. Natuurlijk kan dit op vele manieren. Zo hebben we bij de lessen wiskunde al een keer gezien hoe we met behulp van formules grafieken konden maken. Met behulp van grafieken kan je iets laten zien zonder veel woorden te gebruiken. Er wordt weleens gezegd dat een goede grafiek meer zegt dan duizend woorden. Deelopdracht 5a: Zoek in de meegenomen kranten of tijdschrift een goede grafiek. Wat wordt er volgens jou bedoeld met de grafiek. Leg uit waarom je het een goede grafiek vindt (of wat er eventueel beter zou kunnen). Zorg dat je goed opschrijft in welke krant (naam en datum) of tijdschrift (naam en datum van verschijnen van het tijdschrift) de grafiek staat. Neem de grafiek en het antwoord op in je verslag. Je hebt waarschijnlijk in de vorige opdracht gezien dat er vele grafieken in kranten en tijdschriften worden gebruikt. Ook in veel leerboeken worden met grafieken zaken uitgelegd. We gaan in de volgende opdrachten zelf een paar grafieken maken. Grafieken die te maken hebben met de slingerproeven welke we hiervoor hebben uitgevoerd. Voordat we een aantal grafieken gaan maken, kijken we eerst even naar de resultaten van opdracht 4b. We hebben daar (minstens) vier keer de tijd in seconden opgenomen tussen twee tikken van de eigengemaakte klok. Deelopdracht 5b: De tijd die opgenomen is heb je genoteerd m.b.v. een stopwatch. Heb je hier alleen een aantal gehele seconden staan, of heb je bijvoorbeeld ook decimale resultaten? Waarom heb je alleen gehele getallen of alleen decimale getallen staan. Is dit goed of niet goed? En waarom? Maak een tabel van de resultaten (van de vier metingen). Als de getallen in de tabel ver uit elkaar liggen (b.v. 30 sec., 20 sec.), wat betekent dit dan? Pagina 9 8. De klok van opa (2009)
We gaan in de volgende opdrachten zelf een paar grafieken maken. Grafieken die te maken hebben met de proeven die we bij het vak Science hebben uitgevoerd. Als eerste nemen we de resultaten van de proef uit deelopdracht 4a. Deelopdracht 5c: Maak een tabel met de slingerlengte en het aantal slingerbewegingen tussen twee geluidssignalen van de klok. Voeg aan de tabel een rij of kolom (wat is het verschil??) toe met het gemiddelde van het aantal slingerbewegingen (als je niet weet wat het gemiddelde is, een kleine hint: het gemiddelde van 16, 18, 18 en 17 is gelijk aan 17,25). Maak nu een grafiek met op de x-as de slingerlengte en op de y-as het aantal slingerbewegingen. Valt je iets op aan de grafiek? Nu gaan we naar de resultaten kijken van de proeven bij opdracht 4c: Deelopdracht 5d: Maak een tabel met de slingerlengte (in meter) en de gemiddelde slingertijd T (in sec). Voeg aan de tabel de waarden 0,0 toe (0 meter en gemiddelde slingertijd 0 sec.). Dit doen we om een betere grafiek te krijgen. Maak nu een grafiek met op de x-as de slingerlengte en op de y-as de slingertijd (tijd per slingerbeweging). Wat voor soort grafiek zie je nu??? Deelopdracht 5d: Maak zelf een tabel en grafiek van het verband tussen de massa (x-as) en de slingertijd (yas), zoals je dit in opdracht 4 d Wat voor conclusie kun je trekken en waarom? Deelopdracht 5e: Maak zelf een tabel en grafiek van het verband tussen de massa (x-as) en de slingertijd (y-as) Wat voor conclusie kun je trekken en waarom? We zijn nu toegekomen aan de laatste opdracht van de Klok van Opa. We hebben gezien dat we een gebied van de experimentele natuurkunde zijn binnen gegaan, proeven hebben gedaan en deze op een wiskundige manier hebben uitgewerkt. Dit is zoals er veel in de wetenschap wordt gewerkt. In de loop van je middelbare schoolperiode zul je nog meer van dit soort projecten gaan doen om zodoende een beeld te krijgen van wetenschap en wetenschappers. Deelopdracht 5f: Maak een verslag van hetgeen je in opdracht 5 allemaal hebt gedaan. Probeer als laatste de volgende vragen te beantwoorden: 1. Hoe vond je het gehele project (leuk, interessant, moeilijk enz.) 2. Probeer in eigen woorden te beschrijven wat je nu eigenlijk hebt geleerd. 3. Wat zou er moeten veranderen aan de proeven (of aan de docenten) om het project leuker en beter te maken? 4. Wat zou je zelf de volgende keer anders doen (eerder met verslag beginnen, resultaten van de proeven beter opschrijven, ) Pagina 10 8. De klok van opa (2009)
Afsluiting Met deze webkwestie heb je geleerd waardoor de slingertijd van een slinger door beïnvloed wordt. Met deze kennis kan je de schade herstellen die door neef Handige (handig?? ahum...) Harrie was aangericht. Je weet nu ook wat je aan de slinger moet veranderen om de klok weer op tijd te laten lopen. Schrijf in je verslag hoe je Opa Fritz gaat helpen. Ook heb je geleerd dat in de wetenschap je nooit klaar bent als je een theorie hebt. Je moet deze nog altijd bewijzen door middel van proefjes. Pagina 11 8. De klok van opa (2009)
Over dit lesmateriaal Colofon Dit materiaal is ontwikkeld door: Nicole Jong a Liem, Robbert Kluijtmans, Joyce Derks-Lutterman en Kees van Vliet in het kader van het vak betadidactiek binnen de lerarenopleiding van de Eindhoven School of Education (TU/e) in opdracht van het Heerbeek college. De gebruikte afbeeldingen en fragmenten zijn door ons gecontroleerd ten aanzien van hun rechtenvrije beschikbaarheid. Mocht hier onverhoopt toch een probleem blijken, neemt u dan contact op met esoe@tue.nl zodat wij het kunnen herstellen. Auteurs Eindhoven School of Education Laatst gewijzigd 04 May 2015 om 09:03 Licentie Dit lesmateriaal is gepubliceerd onder de Creative Commons Naamsvermelding-GelijkDelen 3.0 Nederland licentie. Dit houdt in dat je onder de voorwaarde van naamsvermelding en publicatie onder dezelfde licentie vrij bent om: het werk te delen - te kopiëren, te verspreiden en door te geven via elk medium of bestandsformaat het werk te bewerken - te remixen, te veranderen en afgeleide werken te maken voor alle doeleinden, inclusief commerciële doeleinden. Meer informatie over de CC Naamsvermelding-GelijkDelen 3.0 Nederland licentie Aanvullende informatie over dit lesmateriaal Van dit lesmateriaal is de volgende aanvullende informatie beschikbaar: Leerniveau VWO 1; Leerinhoud en Wiskunde; Natuurkunde; doelen Eindgebruiker leerling/student Moeilijkheidsgraad gemiddeld Studiebelasting 5 uur en 50 minuten Trefwoorden bèta, esoe, galileo, klok, klok van opa, koekoek, koekoeksklok, simuleren, slinger, slingerlengte, slingertijd Pagina 12 8. De klok van opa (2009)