lesbrieven leerkrachtenbestand Lesbrief 3: Vliegen (uitgaande van een groep met 30 leerlingen) Print ook het leerlingen werkblad Verhaal: De Uitvinders en De Verdronken Rivier (deel 3) Vliegen Extra: wist je dat info: de regenmachine. Opdracht 1: Opdracht 2: Opdracht 3: Ontwerp een vliegmachine Proefvliegen: drijven op lucht, vliegtuigvleugel, papieren vliegtuig, stuwkracht. Wat heb je geleerd? avonturenpakket de uitvinders en de verdronken rivier Copyright De Uitvinders Uitgave 2014 Versie 2.0
VERHAAL DE UITVINDERS EN DE VERDRONKEN RIVIER (±10 MIN.) Deel 3 Vliegen Fabian en Joost volgen de drooggevallen rivierbedding om uit te vinden waar het water gebleven is. Hun stad lijdt erg onder de droogte. Hetzelfde geldt voor de stad van Laura die ze op hun reis ontmoetten. Laura heeft zich daarom bij hen aangesloten. Haar zusje Eva is thuis achtergebleven. Wat bent u aan het maken? vroeg Eva nieuwsgierig. De Magiër mompelde iets maar Eva kon het niet verstaan omdat de hij spijkers in zijn mond had. Hij timmerde een grote houten constructie naast de werkplaats. Dit is een raket-lanceer-installatie, antwoordde de Magiër toen zijn mond leeg was. Deze kan een raket tot boven de wolken schieten. Eva keek bedenkelijk. Mijn zus en haar vrienden zijn op zoek naar de bron van de rivier. We hebben al weken niets van ze gehoord. De hele stad is op zoek naar water en u speelt hier met raketten? Eigenlijk is het een regenmachine legde de Magiër uit. De Magiër wees naar een grote raket en draaide de bovenkant er vanaf. Kijk deze is gevuld met een speciaal soort zout. Zilverjodide om precies te zijn. Boven de wolken laat de raket het zout vallen. Het water plakt vast aan het zout en valt naar beneden. Wauw, riep Eva. En dan vangen wij de regen op! Mag ik de raket afsteken? Even geduld jongedame. Er moeten natuurlijk wel wolken zijn. Wil je me helpen? 2
3
Eva knikte gretig. Kun jij boven in die boom klimmen om dit apparaat aan een tak te binden? vroeg de Magiër. Het is een vochtmeter. Zo kan ik meten of er genoeg wolken zijn om de regenmachine te lanceren.' Eva stak het kleine apparaatje onder haar riem en trok zich op aan een laaghangende tak. Behendig als een aap, klom ze in de hoge esdoorn. Binnen een minuut was ze halverwege. Beneden stond de Magiër angstig toe te kijken. Maak je niet druk, ik ben de beste klimmer van de klas riep Eva. Eva reikte haar hand uit naar een tak die ze net niet kon aanraken. Ze nam een klein sprongetje om indruk te maken op de Magiër. Maar dat had ze beter niet kunnen doen. De tak brak af onder haar gewicht. Eva zwaaide wild met haar handen. Nu ga ik dood! dacht ze terwijl ze haar ogen van angst dicht kneep. Maar plotseling bleef ze hangen. Het was net alsof een reus haar opving. Heel voorzichtig opende ze haar ogen. Beneden hupte de Magiër zenuwachtig op zijn benen. Eva gaat het? Wacht, ik zal je helpen. De Magiër rende naar de werkplaats om een ladder te halen. Heel voorzichtig voelde Eva met haar rechterhand aan haar rug. Een tak was achter haar riem blijven steken. De tak had haar gered. Maar waar was de vochtmeter van de Magiër? Toen ze naar beneden keek zag ze het apparaat in stukken op de grond liggen. Naast het apparaat landden kleine zaadjes uit de boom. Vreemd... Het viel Eva op dat deze zaadjes heel langzaam naar beneden dwarrelden. Eva klom van de ladder die de Magiër tegen de boomstam had gezet. Het spijt me van uw vochtmeter, zei Eva tegen de Magiër. 4
Ach die repareer ik wel. Ik ben al lang blij dat je deze vliegles hebt overleefd grapte hij. Bij het woord vliegles werden Eva s ogen groter. Dat is het, ik ga vliegen! riep Eva. De Magiër keek haar met grote ogen aan. Wat bedoel je? We bouwen een machine waarmee ik kan vliegen, net als de zaadjes uit deze boom. Met de vliegmachine ga ik op zoek naar Lieve en de rest. Ik moet weten waarom ze zo lang wegblijven. Misschien is er iets ergs gebeurd en wachten ze op hulp. De Magiër knikte begripvol. Ook hij maakte zich grote zorgen over de avonturiers. Als ik vlieg kan ik ze inhalen, zei Eva. Ze pakte een zaadje van de grond en gaf het aan de Magiër. Die bestudeerde het en blies zachtjes tegen het gevleugelde zaadje. Toen hij het liet vallen dwarrelde het naar beneden. Mmm. bromde hij. Als we een machine maken zoals dit zaadje kun je inderdaad zachtjes uit een boom vallen. Maar dat is nog iets anders dan vliegen. Vogels kunnen vliegen, antwoordde Eva eigenwijs. Eva drong verder aan. Als vogels en insecten vliegen, dan moeten wij dat toch ook kunnen? De Magiër gebaarde Eva om mee te komen naar de werkplaats. Binnen nam hij een stapel papier en begon te schetsen. Hij tekende een vogel en knipte deze uit. Daarna vouwde hij het papier op een paar plaatsen waardoor het dunne velletje veel steviger werd. Toen klom hij op de tafel en gooide de papieren vogel naar beneden. Het werkt! riep Eva enthousiast. 5
De vogel cirkelde een paar keer door de werkplaats en gleed zachtjes op de houten vloer. Eva pakte het op en zei: Dit wordt mijn vliegmachine. De Magiër krabde zich achter zijn oren. Misschien kan het toch wel. Einde deel 3. 6
De regenmachine Extra info die je kunt bespreken met de klas. De Magiër bouwt een regenmachine maar wist je dat deze echt bestaan? Voor de opening van de Olympische spelen in Beijing werden er buiten de stad meer dan duizend raketten met zilverjodide in de lucht geschoten. Daardoor viel de regen niet in, maar buiten de Olympische stad. De anti-regenmethode heeft geholpen want er viel geen spatje regen tijdens de opening. Alle nepregen was buiten de stad gevallen. 7
OPDRACHT 1: ontwerp een vliegmachine Laat de kinderen brainstormen over manieren om te vliegen. Als je wilt kun je weer een woordweb gebruiken. Deze keer ligt het accent echter op het ontwerpen. Veel kunstenaars hebben hun inspiratie gehaald uit het thema vliegen. De kunstenaar Leonardo Da Vinci is daarvan een voorbeeld. De eerste vliegmachine Extra info die je kunt bespreken met de klas. Er wordt beweerd dat Leonardo Da Vinci al in de 15e eeuw een vliegmachine heeft gemaakt waarmee de mens voor het eerst vloog. Maar niemand kan bewijzen dat het echt waar is. In 1891 vloog Otto Lilienthal voor het eerst met een zweefvliegtuig. In 1903 vlogen de Amerikaanse gebroeders Wright als eerste mensen met een gemotoriseerd vliegtuig. Bij veel kinderen spreekt vliegen erg tot de verbeelding. We gaan proberen of ze zelf een mooi ontwerp kunnen maken van een vliegmachine. Benodigdheden (per leerling) Vellen papier (bij voorkeur groter dan A4) Potloden of pennen 8
Opdracht Bedenk een manier voor Eva om te vliegen: Ontwerp jouw zelfbedachte vliegmachine. Maak een mooie tekening van je ontwerp. Met welke hulpmiddelen kan jouw vliegmachine vliegen? Maakt deze gebruik van vleugels? Propellers? Gebruikt jouw ontwerp nog andere middelen zoals een motor of misschien een elastiek? Of misschien de armen of benen van Eva? Of zouden dieren of de wind kunnen helpen? Kan Eva met jouw vliegmachine vanuit stilstand opstijgen of heeft ze een aanloop nodig? Of lukt het alleen als ze bovenaan een berg start? Teken jouw vliegmachine voor Eva. Als je wilt uitleggen hoe je machine werkt mag je dat bij je tekening schrijven, maar dat hoeft niet per se. Resultaat Probeer te stimuleren dat er zoveel mogelijk verschillende ontwerpen zijn. Hang deze in de klas. Dat werkt inspirerend voor de volgende les van De Uitvinders en De Verdronken Rivier. 9
OPDRACHT 2: Proefvliegen Drijven op lucht Eva wil vliegen om haar zus en haar vrienden in te halen. Ze haalt de Magiër over om een vliegmachine te bouwen. Als vogels en insecten vliegen, dan moeten wij dat toch ook kunnen?. Er zijn veel manieren om te vliegen waaruit Eva kan kiezen. Kijk maar naar voorbeelden uit de natuur: vogels, insecten Ken jij nog meer planten of dieren die kunnen zweven of vliegen? Ook de mens kan vliegen. Bijvoorbeeld met luchtballonnen, vliegtuigen, helikopters, zeppelins, of zweefvliegtuigen. Welke manier heb jij bedacht voor het ontwerp van jouw vliegmachine? De meeste manieren om te vliegen maken gebruik van lucht. Ze drijven als het ware op lucht zoals een boot op het water drijft. Maar hoe werkt dat eigenlijk? Het eerste gedeelte van deze opdracht (met de Föhn) doen we met de hele groep. Vervolgens gaat de klas in groepjes uiteen. Benodigdheden 1 Föhn (per klas) 1 Tempexballetje of Pingpongbal (per klas) Benodigdheden (per 4 leerlingen) Rietje (per 4 leerlingen) Tempexballetje (per 4 leerlingen) Opdracht 1. Doe de föhn aan op de laagste stand. Houd de föhn onder het balletje en blaas omhoog. (Wanneer de föhn een koude stand heeft, kun je deze het beste gebruiken) 2. Laat het balletje los in de luchtstroom. Wat gebeurt er? 10
3. Beweeg een beetje op en weer met de föhn. Valt het balletje naar beneden? 4. Houd de föhn een beetje schuin en dus niet meer recht onder het balletje. Valt het balletje nu? 5. Probeer het balletje door de lucht door te geven naar een vriend(in) zonder dat het valt. 6. Neem nu, in plaats van een föhn, een rietje en houd het balletje in de lucht door te blazen. (in groepjes) Wie kan het balletje het langst in de lucht houden? En wie kan het hoogst? Uitleg Je hebt nu bewezen dat lucht echt 'materiaal' is waarop iets kan blijven drijven! Zelfs als je schuin onder het balletje blaast blijft het balletje zweven! Eigenlijk werkt een vliegtuigvleugel op dezelfde manier als het pingpongballetje. Het heeft te maken met een verschil in luchtsnelheid. 11
Wet van Bernoulli Extra Uitleg Hoge druk Bovenstaande uitleg gaat niet diep in op de vraag waarom het balletje niet valt als de luchtstroom schuin van onderen komt. Dit werkt als volgt: de lucht in de luchtstroom beweegt. De lucht om de luchtstroom heen staat stil. Daniel Bernoulli ontdekte in de 18e eeuw dat de luchtdruk van stilstaande lucht hoger is dan de luchtdruk van bewegende lucht. De lucht buiten de luchtstroom van de föhn drukt dus harder dan de lucht in de luchtstroom. Hierdoor wordt het balletje in de luchtstroom geduwd door de stilstaande lucht. 12
Vliegtuigvleugel Een vliegtuig drijft met zijn vleugels ook op de lucht. Maar hij kan nog meer: een vliegtuig kan ook stijgen en dalen. Dit gaan we uitproberen. Deze opdracht doe je in groepjes. Benodigdheden (per 4 leerlingen) Föhn Stroken papier van 30x7cm (120 gram) Plaatjes piepschuim Satéprikker Rietje Liniaal Plakband Schaar Opdracht 1 Knip een strook papier van 30x7 centimeter. (Dit is precies 1/3 deel van een pagina A4 papier) 2 Vouw de strook doormidden. Vouw de strook weer open en prik 3 centimeter links van de vouw een gaatje met een schaar. Prik nog een gaatje 4,5 centimeter rechts van de vouw. 3cm 4,5cm 3 Vouw de strook weer dubbel en plak met plakband de rechter zijde op de linker. Zorg dat de linker zijde 2 centimeter uitsteekt. 2 cm 4 Je hebt nu de doorsnede van een vliegtuigvleugel gemaakt. De onderkant moet recht zijn en de bovenkant loopt bol. 13
5 Knip een stukje van 9 centimeter af van een rietje. Steek deze door de gaatjes in de vleugel en zet hem vast met een stukje plakband. 6 Prik een satéprikker, een beetje schuin naar achter, vooraan in een plaatje piepschuim. 7 Schuif de vleugel met het rietje over de prikker. 8 Blaas nu hard, en recht van voren, tegen de vleugel. (je kunt hiervoor ook een föhn gebruiken) De vleugel gaat omhoog, dit heet liftkracht. Maar hoe kan het eigenlijk dat de vleugel omhoog gaat? 14
Uitleg De vleugel is bol aan de bovenkant en vlak aan de onderkant. Als we tegen de voorkant van de vleugel blazen dan stroomt er lucht onder en boven langs de vleugel. (Dit zelfde gebeurt als een vliegtuig vooruit gaat) Maar de weg die de lucht aan de bovenkant (de bolle kant) aflegt is langer dan de weg van de lucht aan de onderkant van de vleugel (de platte kant). Lucht bestaat uit heel veel kleine deeltjes. Deze luchtdeeltjes worden altijd gelijkmatig verdeeld over de ruimte. Omdat de lucht aan de bovenkant van de vleugel een langere weg (dus een grotere ruimte) heeft komen de luchtdeeltjes verder van elkaar af. De lucht aan de bolle bovenkant van de vleugel wordt als het ware lichter. Dit heet een lage luchtdruk. De lucht aan de bolle bovenkant van de vleugel is lichter dan de lucht aan de platte onderkant van de vleugel. De luchtdruk aan de onderkant is dus hoger dan de luchtdruk aan de bovenkant. Daardoor duwt de lucht aan de onderkant de vleugel omhoog. Dit heet liftkracht. 15
Papieren vliegtuigen Nu je weet dat lucht echt iets kan dragen wordt het tijd om te gaan vliegen. Meestal mag het niet op school, maar nu mag je wel vliegtuigjes vouwen! Benodigdheden 30 velletjes A4 papier (zo dun mogelijk) Opdracht 1. Iedereen kiest één vliegtuigje uit de volgende twee pagina's. Vouw nu je eigen vliegtuigje. Zorg dat alle vijf vliegtuigjes gemaakt worden. Aan de plaatjes kun je zien hoe je elk vliegtuigje moet vouwen. 2. Als de vliegtuigjes klaar zijn, gooi dan elk vliegtuigje zo ver mogelijk weg vanaf dezelfde hoogte. Welke komt het verst? 3. Misschien helpt het als je nog iets verandert aan de vleugels? Kun je ze groter maken? Of kun je de uiteinden met behulp van een potlood omkrullen naar boven of naar beneden? Probeer het eens. 4. Gooi elk vliegtuigje nog een keer zo ver mogelijk weg vanaf dezelfde hoogte. Welke komt nu het verst? Heb je een verklaring waarom deze het beste is? Uitleg door leerkracht Grotere vleugeloppervlakte en hogere snelheid zorgen voor meer draagkracht. De vorm van de vleugel bepaalt vooral of de luchtstroom het vliegtuigje naar beneden of naar boven duwt. Naarmate een vliegtuigje (doordat het bijvoorbeeld goed opstijgt) meer verticaal in de lucht hangt wordt het vleugeloppervlak waarmee het vliegtuigje op de lucht zweeft kleiner. 16
1. 2. 3. 1. 2. 3. 17
4. 5. 4. 5. 18
Stuwkracht Je hebt ervaren dat op lucht iets kan drijven. Beter gezegd: zweven. Vliegmachines worden door lucht gedragen. Maar hoe komt een vliegmachine eigenlijk vooruit? Je papieren vliegtuigje moest je zelf met je arm weggooien. In de natuur en bij vliegmachines werkt het anders. Vogels hebben bewegende vleugels die de lucht naar achteren duwen waardoor ze zelf als het ware naar voren geduwd worden. Dit heet stuwkracht. De meeste vliegtuigen hebben vleugels die niet bewegen. Hebben ze dan geen stuwkracht nodig om vooruit te komen? Jawel hoor! Vliegtuigen gebruiken motoren om de lucht heel hard naar achteren te duwen. Daardoor duwen ze zichzelf als het ware vooruit. Je kunt het vergelijken met een opgeblazen ballon waarvan je het open uiteinde loslaat. Ga dat eens testen! Deze opdracht doe je met de hele groep. Benodigdheden Langwerpige ballon Dik rietje 3 meter glad touw Plakband Schaar 1. Knip een stukje van 5 centimeter van een rietje af. 2. Doe het touw door het afgeknipte stuk rietje. 3. Blaas de ballon op en houd hem dicht. Plak het rietje op de zijkant van de ballon met stukjes plakband. 4. Hang het touw strak op tussen 2 punten of houd het touw met twee kinderen strak vast. 5. Houd de ballon vast in het midden van het touw. 6. Laat de ballon los. Welke kant gaat deze in? 19
Uitleg In een opgeblazen ballon zitten heel veel luchtdeeltjes opgesloten in een kleine ruimte. De luchtdruk in de ballon is hoger dan de luchtdruk buiten de ballon. Luchtdeeltjes willen altijd gelijkmatig verdeeld worden over de ruimte. Daarom stroomt de lucht altijd van een plaats met een hoge luchtdruk naar een plaats met een lage luchtdruk. De lucht wil dus graag de ballon uit. Als je de ballon loslaat, kan de lucht maar in één richting de ballon uitstromen. Doordat de lucht aan deze kant eruit stroomt duwt de lucht de ballon precies de andere kant op. Propellers of straalmotoren duwen ook de lucht één bepaalde kant op waardoor een vliegmachine vooruit geduwd wordt. Dit heet stuwkracht. De stuwkracht duwt een vliegtuig vooruit. De lucht stroomt daardoor onder en boven de vleugel door. Onder de vleugel is de luchtdruk hoger dan boven de vleugel. Daardoor gaat het vliegtuig niet alleen vooruit maar gaat het ook omhoog! 20
OPDRACHT 3: Wat heb je geleerd? Je hebt balletjes hoog gehouden, een vliegtuigvleugel gemaakt, vliegtuigjes gevouwen en een ballon weg laten schieten. Kijk eens terug hoe dat ging. Wat heb je eigenlijk geleerd? Benodigdheden Vel papier Potlood of pen Vragen 1. Het balletje bleef zweven boven de föhn of het rietje. Waarop bleef het balletje zweven? Antwoord: Het balletje werd gedragen op de lucht. Lucht is onzichtbaar, maar het bestaat uit deeltjes die iets kunnen dragen. 2. Toen het balletje omhoog ging. Waar was de luchtdruk hoger? Aan de onderkant of aan de bovenkant? En toen het balletje stil hing in de lucht? Antwoord: Toen het balletje omhoog ging was de luchtdruk aan de onderkant van het balletje het hoogst. Toen het balletje stil hing was de luchtdruk aan de onderkant nog steeds hoger dan de luchtdruk aan de bovenkant. Maar het balletje ging niet verder omhoog. De luchtdruk aan de bovenkant wordt geholpen door de zwaartekracht (de aantrekkingskracht van de aarde). De zwaartekracht is samen met de luchtdruk aan de bovenkant even sterk als de luchtdruk aan de onderkant. 21
3. Toen je vliegtuigjes vouwde merkte je dat het ene vliegtuigje verder kwam en langer in de lucht bleef dan het andere vliegtuigje. Kun je opschrijven waarom dat was? Antwoord: Grotere vleugeloppervlakte en hogere snelheid zorgen voor meer liftkracht. De vorm van de vleugel bepaalt vooral of de luchtstroom het vliegtuigje naar beneden of naar boven duwt. Naarmate een vliegtuigje (doordat het bijvoorbeeld goed opstijgt) meer verticaal in de lucht hangt wordt het vleugeloppervlak waarmee het vliegtuigje op de lucht zweeft kleiner. 4. Weet jij met welke middelen de piloot de luchtdruk boven en onder de vleugel kan regelen? Antwoord: als de piloot gas geeft gaat het vliegtuig sneller vooruit. Hoe het sneller het vooruit gaat, hoe groter het verschil tussen de luchtdruk boven en onder de vleugel. Daarnaast kan de piloot met flappen aan de vleugel de vorm van de vleugel veranderen. 5. Stuwkracht wordt gebruikt om een vliegmachine vooruit te bewegen. Maar een helicopter dan? Gebruikt deze ook stuwkracht? In welke richting? Teken een helicopter en de stuwkracht. Antwoord: een helicopter gebruikt stuwkracht in 2 richtingen. Naar onderen (dit heet dan weer liftkracht) om zich omhoog te duwen (de helicopter heeft immers geen vleugels die op de lucht zweven). Maar ook naar achteren. De stuwkracht naar achteren wordt geleverd door de rotorbladen een beetje schuin te zetten. Daardoor blazen ze ook naar achteren. Somige helicopters hebben een extra straalmotor die lucht naar achteren blaast om nog sneller te kunnen vliegen. 22
6. Kun je stuwkracht ook gebruiken op het land of in het water? Schrijf op welke voertuigen je kent die stuwkracht gebruiken op het land of water. Hoe heet het onderdeel dat zorgt voor de stuwkracht? Mogelijke antwoorden: Land voorbeelden: een hovercraft gebruikt ventilatoren om vooruit te komen en om een stukje boven het water te zweven. Als een vliegtuigje over de startbaan rijdt gebruikt deze propellers of straalmotoren om vooruit te rijden. 23
Water voorbeelden: een motorboot gebruikt een schroef die water naar achteren stuwt; een moerasboot gebruikt ventilatoren die lucht naar achteren stuwen; een jetski (waterscooter) pompt water onder de jetski naar binnen en spuit het achter aan de jetski weer naar buiten; een hovercraft gebruikt ventilatoren om vooruit te komen en om een stukje boven het water te zweven. Extra leuk: Op de opdrachtpagina van de website van De Uitvinders staan enkele links naar filmpjes waarop mensen wel heel bijzondere voertuigen gebruiken om te vliegen! Je kunt de filmpjes afspelen op je Digibord. 7. Vind jij vliegen interessant? Wist je dat in Nederland lang vliegtuigen zijn gebouwd van het merk Fokker? Nog steeds worden heel veel vliegtuigonderdelen gebouwd in Nederland. Kun je op internet vinden welke bedrijven dat doen en wat ze maken? Mogelijke antwoorden: -Fokker Landing Gear: landingsgestellen -TU Delft ontwikkelde samen met het bedrijf Stork een nieuw materiaal genaamd Glare. Dit materiaal is veel lichter dan aluminium dat nu vaak voor vliegtuigen gebruikt wordt. Het is anderhalf keer zo sterk als staal! Het wordt onder andere gebruikt in de Airbus A380 -De luchtvaartgigant Boeing vestigt zich in Midden-Brabant met zijn wereldwijde opleiding voor helikopter-mecaniciens. -En vele andere toeleveranciers van onderdelen voor vliegtuigen en helicopters zijn in Nederland gevestigd! Stoelen, vliegsimulators, navigatie instrumenten, enzovoort enzovoort! 24
colofon Colofon Uitgave 2014 Stichting de Uitvinders www.deuitvinders.com Concept en realisatie Atelier Vrijdag Dit project wordt gefinancierd door bijdragen van Brabant voor Techniek!, de Europese Commissie en sponsoren uit het bedrijfsleven. Programma Een leven lang leren Uit deze publicatie mag niets worden gekopieerd of gereproduceerd zonder schriftelijke toestemming van De Uitvinders Dit project werd gefinancierd met de steun van de Europese Commissie. De verantwoordelijkheid voor deze publicatie ligt uitsluitend bij de auteur; de Commissie kan niet aansprakelijk worden gesteld voor het gebruik van de informatie die erin is vervat. 25