1 Magneetpolen Leerdoel: Begrijpen hoe de positieve en negatieve magnetische polen duw- en trekkrachten kunnen aantonen. 1. Noem vijf voorwerpen die een magneet aantrekt. Alle metalen voorwerpen. Geen aluminium. Voorbeelden: paperclip, metalen liniaal, metalen lepel, een nagel, een schroef, een hamer enz. 2. Hoe worden de uiteinden van een magneet genoemd? Polen. Noordpool en zuidpool. 1. Aan welk soort metaal zal een magneet zich hechten? IJzerhoudende materialen. 2. Wat gebeurt er als gelijke polen van een magneet dicht bij elkaar geplaatst worden? Ze stoten elkaar af of duwen zich van elkaar weg. 1. Aan welk soort metaal zal een magneet zich hechten? Ferrometalen. Deze bevatten ijzer. 2. Wat gebeurt er als gelijke polen van een magneet dicht bij elkaar geplaatst worden? Welke krachten worden gegenereerd? Ze stoten elkaar af. Er worden duwkrachten gegenereerd.
2 Een kompas maken Leerdoel: Een kompas kunnen maken en noord- en zuidpolen bepalen. 1. Noem twee dingen in je school die vanaf waar jij je nu staat/zit naar het noorden gericht zijn. (Gebruik een kompas en zoek voorwerpen in het klaslokaal of rond de school die naar het noorden gericht zijn). 2. Als je op de Noordpool zou zijn, op welk uiteinde van de aardmagneet zou je dan staan? Zuidpool. 1. Noem twee dingen in je school die zich vanaf waar jij je nu bevindt in noordelijke richting bevinden. Als je je naar een ander deel van de school verplaatst, bevinden deze dingen zich dan nog steeds in noordelijke richting van jou? (Gebruik een kompas en zoek voorwerpen in het klaslokaal of rond de school). De richting van de voorwerpen vanuit jouw positie zal veranderen als jij je rond de voorwerpen beweegt. Dit is omdat de noordelijke richting op het kompas constant blijft. 2. Als je op de Noordpool zou zijn, op welk uiteinde van de aardmagneet zou je dan staan? Kun je uitleggen waarom? Omdat tegengestelde polen elkaar aantrekken, betekent deze definitie dat de magnetische noordpool van de aarde eigenlijk een magnetische zuidpool is. 1. Gebruik het kompas om naar het noorden te kijken en maak een schets van je klaslokaal, als een kaart. 2. Waarom denk je dat twee balletjes samen gebruikt worden om het kompas te maken. De twee balletjes maken het mogelijk dat de wijzers van het kompas kunnen draaien. Ze hebben een klein contactoppervlak en daarom weinig wrijving.
3 Magnetische krachten in de balletjes Leerdoel: Begrijpen hoe de magnetische duw- en trekkrachten in de balletjes te verminderen. 1. Wat gebeurt er wanneer je twee sets met elk een waarde van -2 naast elkaar plaatst? Ze stoten elkaar af of duwen elkaar weg. -2-2 2. Wat gebeurt er als je twee sets, één met een waarde van +2 en de ander met een waarde van -2 naast elkaar plaatst? +2-2 Ze trekken elkaar aan of zullen aan elkaar plakken. 1. Wat gebeurt er wanneer je twee sets met elk een waarde van -2 naast elkaar plaatst? Verklaar je antwoord. -2-2 Ze stoten elkaar af of duwen zich van elkaar weg. De balletjes hebben hetzelfde teken en stoten elkaar daarom af. 2. Wat gebeurt er als je twee sets, één met een waarde van +2 en de ander met een waarde van -2 naast elkaar plaatst? Verklaar je antwoord. +2-2 Ze trekken elkaar aan of zullen aan elkaar plakken. De balletjes hebben tegenovergestelde tekens en trekken elkaar daarom aan. 1. Schrijf regels op om uit te leggen wat er met de sets gebeurd wanneer ze naast balletjes met verschillende waarden geplaatst worden. Als de balletjes een lading met een gelijk teken hebben (positief/positief of negatief/negatief), zullen ze elkaar afstoten. Als de balletjes een lading met een tegenovergesteld teken hebben (positief/negatief of negatief/positief), zullen ze elkaar aantrekken. Als een balletje geen lading heeft (waarde nul), zal het balletje zowel een positieve als een negatieve lading aantrekken. 2. Wat gebeurt er wanneer een balletje met een waarde van nul een andere bal met een waarde van nul raakt? Omdat de balletjes geen waarde en daarom geen krachten hebben, zullen de balletjes elkaar niet afstoten of aantrekken.
4 Magnetische levitatie Leerdoel: Begrijpen dat gelijke polen elkaar afstoten, en begrijpen wat magnetische levitatie inhoudt. 1. Wat is de afstand tussen de zwevende staven? Kun je een manier bedenken om dit te meten? Leg dit hieronder met een schema uit. Breng twee verbonden staven samen en meet de hoogte. Vergelijk dit met de hoogte van de staven in de buis. Het verschil is de zweefafstand. 1. Wat gebeurt er als je meer staven aan de buis toevoegt? De zweefafstand neemt toe. 2. Wat is de totale zweefafstand met drie staven? Kun je een manier bedenken om dit te meten? Leg dit hieronder met een schema uit. Breng de drie verbonden staven samen en meet de hoogte. Vergelijk dit met de hoogte van de staven in de buis. Het verschil is de zweefafstand. 1. Als 3 of meer staven worden toegevoegd, is de ruimte tussen elke twee staven dan gelijk? Kun je een manier bedenken om dit te meten en je theorie te bewijzen? Beschrijf dit hieronder. Vergelijk de afstand met twee en daarna met drie verbonden staven. Als de zweefafstand met drie staven groter is, toont dit aan dat de zweefafstand toeneemt als meer staven toegevoegd worden. 2. Kun je praktische toepassingen bedenken voor magnetische levitatie of veren? Zachte sluiting voor deuren en laden (keukens). Vering.
5 Toevoeging van polariteiten Leerdoel: Begrijpen van de effecten van het verhogen en verlagen van de magnetische krachten in de balletjes. 1. Wat gebeurt er als je de balletjes dicht bij elkaar plaatst? Ze trekken elkaar aan of zullen aan elkaar plakken. -1 +4 1. Wat gebeurt er als je de balletjes dicht bij elkaar plaatst? Verklaar je antwoord. Ze trekken elkaar aan of zullen aan elkaar plakken. -1 +4 2. Teken en beschrijf een soortgelijke set met slechts twee balletjes die elkaar afstoten of duwkrachten vertonen. De balletjes moeten hetzelfde teken hebben (positief/positief of negatief/negatief). +1 +4 1. Wat gebeurt er als je de balletjes dicht bij elkaar plaatst? Verklaar je antwoord. Hoe zou je de aantrekkingskracht tussen de balletjes verhogen of verlagen? -1 +4 Ze trekken elkaar aan of zullen aan elkaar plakken. Hoe groter het verschil in de waarden tussen de twee balletjes, des te groter de aantrekkingskracht Hoe kleiner het verschil, des te kleiner de aantrekkingskracht. 2. Hoe kun je er met meerdere staven voor zorgen dat twee balletjes elkaar afstoten? Teken je antwoord hieronder en geef een korte uitleg. +4 +4 Balletjes met eenzelfde waarde zullen elkaar afstoten De balletjes moeten hetzelfde teken hebben. Hoe hoger of lager de waarde, hoe groter de afstotende duwkrachten.
6 Eenvoudige constructies Leerdoel: Het maken van eenvoudige constructies. 1. Leg uit waarom een vierkant een zwakke geometrische figuur is. De hoekpunten van een vierkant kunnen makkelijk buigen en zo de figuur vervormen. Het is geen vaste vorm. 1. Leg uit waarom een driehoek een sterke geometrische figuur is. De hoekpunten op een driehoek zijn vast. Het is een vaste vorm. Je kunt de vorm niet veranderen. 1. Leg (met schetsen) uit hoe je van een vierkant een veel sterkere figuur kunt maken. Dit versterkt het vierkant, maar de staven zijn niet lang genoeg. Een piramide met een vierkant grondvlak kan met behulp van balletjes en staven het vierkant versterken.
7 Regelmatige veelhoeken maken Leerdoel: Weten wat een regelmatige veelhoek is en hoe een reeks figuren te maken. 1. Teken 3-,4-,5- en 6-zijdige regelmatige veelhoeken en voorzie ze van een aanduiding. Gelijkzijdige driehoek Vierkant Vijfhoek Zeshoek 1. Teken 3-,4-,5- en 6-zijdige regelmatige veelhoeken en voorzie ze van een aanduiding. Als hierboven. 2. Teken 3-,4-,5- en 6-zijdige onregelmatige veelhoeken en voorzie ze van een aanduiding. Een 2D-figuur met een aantal zijden die verschillende lengten en hoeken kunnen hebben. 1. Teken 3-,4-,5- en 6-zijdige regelmatige veelhoeken en voorzie ze van een aanduiding. Voeg in elke figuur de binnenhoeken toe. Figuur Zijden Som van de binnenhoeken Vorm Elke hoek Driehoek 3 180 60 Vierhoek 4 360 90 Vijfhoek 5 540 108 Zeshoek 6 720 120
8 3-dimensionale (3D) constructies Leerdoel: Begrijpen hoe met behulp van eenvoudige veelhoeken een constructie gevormd kan worden. 1. Leg uit wat een constructie is. Een structuur is een groep van elementen die op de een of andere manier met elkaar verbonden zijn om stabiel een bepaalde belasting te kunnen dragen. 1. Leg uit wat een constructie is. Een structuur is een groep van elementen die op de een of andere manier met elkaar verbonden zijn om stabiel een bepaalde belasting te kunnen dragen. 2. Teken hieronder een constructie. Voorzie een aantal eenvoudige figuren van een aanduiding. Voorbeeld: Een brug. Ook driehoeken kunnen van een aanduiding voorzien worden. Een huis met vierkanten en driehoeken. 1. Leg uit wat een constructie is. Een structuur is een groep van elementen die op de een of andere manier met elkaar verbonden zijn om stabiel een bepaalde belasting te kunnen dragen. 2. De kubus hieronder is geen sterke constructie. Hoe kun je deze constructie sterker maken? Tekenen je ideeën en leg uit waarom ze sterker gemaakt zijn. Verbinden of vormen van driehoeken op de zijden van de kubus maakt de kubus stijver.
9 Complexe 3D-constructies Leerdoel: Begrijpen hoe je 3D-figuren vormt. 1. Geef op de kubus hieronder de hoekpunten, ribben en vlakken aan en vermeld de totalen. Hoekpunten: 8 Vlakken: 6 Ribben: 12 1. Geef op de piramide met een driehoekig grondvlak hieronder de hoekpunten, ribben en vlakken aan en vermeld de totalen.. Hoekpunten: 4 Vlakken: 4 Ribben: 6 1. Teken op het zeshoekige prisma hieronder de hoekpunten, ribben en vlakken, tel ze en voorzie ze van een aanduiding. Hoekpunten: 12 Vlakken: 8 Ribben: 18
10 Sterke constructies Leerdoel: Bouwen van een eenvoudige brugconstructie en begrijpen hoe een constructie sterker gemaakt kan worden. 1. Teken het zijaanzicht van de uiteindelijke brug waaruit duidelijk blijkt hoe je de rijbaan van de brug versterkt hebt. 1. Teken het zijaanzicht van de uiteindelijke brug waaruit duidelijk blijkt hoe je de rijbaan van de brug versterkt hebt. Vermeld de duw- en trekkrachten die je waarneemt. 1. Teken het zijaanzicht van de uiteindelijke brug waaruit duidelijk blijkt hoe je de rijbaan van de brug versterkt hebt. Geef ten minste twee staven aan die samengedrukt worden en twee die onder spanning staan. Samendrukking Spanning
11 Bundelbruggen Leerdoel: Begrijpen wat een bundelbrug is en het effect van triangulatie op constructies begrijpen. 1. Teken hieronder een bundelbrug. 2. Wat is de belangrijkste vorm in een bundelbrug? Een driehoek. 1. Teken hieronder een bundelbrug. Markeer een driehoek. 2. Leg uit waarom driehoeken zo belangrijk zijn. Een driehoek is een stijve vorm. Het vormen van driehoeken helpt om de brug te versterken en stijf te houden. 1. Teken hieronder een bundelbrug. Markeer een driehoek. 2. Welke materialen worden gebruikt voor de constructie van bundelbruggen? Staal wordt vaak gebruikt voor het geraamte van een bundelbrug. De stalen balken kunnen met bouten aan elkaar bevestigd worden om driehoeken te vormen, en zijn relatief licht in vergelijking met andere materialen zoals beton.
12 Gebruik maken van duw- en trekkrachten Leerdoel: Bouwen van een constructie om magnetische duw- en trekkrachten aan te tonen. 1. Kun je uitleggen waarom de kaak zich niet sluit? De uiteinden van de kaak stoten elkaar af. De waarde van het bovenste balletje is gelijk aan die van het onderste balletje. Gelijke polen zullen elkaar afstoten. 1. Kun je uitleggen waarom de kaak zich niet sluit? De uiteinden van de kaak stoten elkaar af. De waarde van het bovenste balletje is gelijk aan die van het onderste balletje. Gelijke polen zullen elkaar afstoten. 2. Hoe kun je de kaak met slechts één extra staaf laten sluiten? Teken je antwoord. Door een staaf te bevestigen aan het bovenste of onderste balletje met een tegengestelde polariteit neemt de afstotende kracht af. 1. Leg met behulp van de terminologie die je geleerd hebt uit waarom de kaak zich niet zal sluiten. De delen van de kaak stoten elkaar af of duwen elkaar weg omdat de waarden van de balletjes hetzelfde zijn en gelijke polen elkaar afstoten of wegduwen. 2. Hoe kun je ervoor zorgen dat de kaak zich meer opent? Daarvoor moet je de waarde op de balletjes verhogen door meer staven met dezelfde polariteit te bevestigen. Je kunt staven bevestigen aan het bovenste of onderste balletje, of aan allebei. Dit verhoogt de magnetische kracht die ervoor zorgt dat de delen van de kaak elkaar afstoten of wegduwen, en dus opent de kaak zich meer.
13 Oscillator Leerdoel: Begrijpen hoe duwkrachten te gebruiken om een heen en weer bewegende slinger te creëren. 1. Hoe lang blijft de middelste driehoek slingeren? Meet met behulp van een stopwatch de tijd in seconden. De leerlingen meten de tijd van het slingeren van de constructie. 1. Hoe lang blijft de middelste driehoek slingeren? Meet met behulp van een stopwatch de tijd in seconden. De leerlingen meten de tijd van het slingeren van de constructie. 2. Hoe denk je dat je deze tijd kunt verlengen? Verminder de wrijving, probeer de slingerboog te vergroten door de afmeting van de constructie of de plaats van de afstotende balletjes te veranderen. 1. Leg het begrip oscillatie uit. Kun je een voorwerp noemen dat heen en weer slingert? Gestaag, ononderbroken, naar voor en achter slingeren rond een centraal punt, een bewegingscyclus rond een centraal punt. Slinger van een staande klok, de slinger van een metronoom... 2. Geef in het onderstaande schema de verschillende betrokken krachten en de waarde van de magnetische krachten op de drie bovenste balletjes aan. -2 of +2-3 of +3-3 of +3
14 Draaiing en wrijving Leerdoel: Balletjes gebruiken voor verbindingen met lage wrijving. 1. Wat gebeurt er met het onderste deel als je de oranje constructie van het eerste model draait? Dan begint ook dit deel te draaien. 2. Wat zorgt ervoor dat de constructie langzamer gaat draaien en uiteindelijk tot stilstand komt? Het tegen elkaar wrijven van de balletjes. Dit wordt wrijving genoemd. 1. Draai de twee delen van het eerste model in tegengestelde richtingen. Wat gebeurt er uiteindelijk? Het oranje deel zal vertragen. Vervolgens verandert de richting in de richting van het onderste deel. 2. Wat zorgt ervoor dat de constructie uiteindelijk langzamer gaat draaien en tot stilstand komt? De wrijving tussen de balletjes. 1. Het draaien van de oranje constructie van het eerste model zorgt ervoor dat ook het onderste deel gaat draaien. Als je meer staven toevoegt om de polariteit van het bovenste balletje versterken, wordt het effect dan sterker of zwakker? Waarom? Sterker, omdat de balletjes harder tegen elkaar geduwd worden. 2. Zelfs als er tussen de balletjes helemaal geen wrijving zou zijn, zou het draaien uiteindelijk toch helemaal ophouden. Waarom? De luchtweerstand op deze draaiende delen.
15 Eenvoudige lagers Leerdoel: Begrijpen hoe eenvoudige lagers werken. 1. Leg uit waarom en hoe een eenvoudig lager werkt. Lagers verminderen de wrijving door gladde metalen kogels of rollen en een gladde binnen- en buitenkant waar de ballen tegenaan kunnen rollen. Deze ballen of rollen "dragen" de belasting waardoor het instrument soepel kan draaien. 1. Leg uit waarom en hoe een eenvoudig lager werkt. Als boven. 2. Waarom is de wrijving lager in een kogellager? De kogels in een kogellager rollen in plaats van dat ze glijden. Als dingen glijden, veroorzaakt de wrijving tussen hen een kracht die hen vertraagt. Als de twee vlakken over elkaar kunnen rollen, wordt de wrijving sterk verminderd. 1. Teken de onderdelen van een eenvoudig lager en voorzie ze van een aanduiding. 2. Wat zou er met de beweging van de constructie gebeuren als de wrijvingscoëfficiënt nul zou zijn? De beweging zou eeuwig door blijven gaan en nooit vertragen.
16 Druklagers Leerdoel: Begrijpen hoe een druklager werkt. 1. Welk soort belasting wordt gebruikt voor een druklager? Axiale belasting. Belasting in de richting van de as. 2. Zou dit lager geschikt zijn voor een draaimolen? Waarom? Ja. Een draaimolen heeft een verticale belasting die door het rotatiemiddelpunt van de draaimolen loopt. 1. Welk soort belasting wordt gebruikt voor een druklager? Axiale belasting. Belasting in de richting van de as. 2. Teken op de onderstaande draaimolen de richting van de axiale belasting. 1. Welk soort belasting wordt gebruikt voor een druklager? Axiale belasting. Belasting in de richting van de as. 2. Teken op de onderstaande draaimolen de richting van de axiale belasting. Waar worden druklagers nog meer voor gebruikt? Draaistoelen, graafmachine met een draaiende cabine, bouwkraan.
17 Toevoegen van een draaiende beweging Leerdoel: Begrijpen hoe een roterende beweging met magnetische druk- en trekkrachten te combineren. 1. Beschrijf wat er met de kaak gebeurt wanneer je het middelste deel draait. De kaak opent. 2. Geef met behulp van pijlen op de onderstaande afbeelding de draaibeweging aan. Welke magnetische kracht is aanwezig - magnetische duw- of trekkracht? Omdat de kaak opent en de delen van elkaar afgestoten worden, wordt een duwkracht gegenereerd. 1. Beschrijf welke bewegingen ontstaan wanneer je het middelste deel draait. De kaak opent zich als het middelste deel gedraaid wordt. De waarde van het balletje aan de uiteinden van de kaak en de waarde van het balletje aan het uiteinde van het roterende middengedeelte zijn allemaal gelijk. 2. Geef met behulp van pijlen op de onderstaande afbeelding de draaibeweging aan. Welke magnetische kracht is aanwezig - magnetische duw- of trekkracht? Hoe weet je dat? Omdat de kaak opent en de delen van elkaar afgestoten worden, wordt een duwkracht gegenereerd. 1. Beschrijf de beweging en de krachten die aanwezig zijn als je het middelste deel draait. Leg uit waarom dit gebeurt. Wanneer je het grondvlak draait, wordt een draaibeweging gegenereerd. Dit zorgt ervoor dat de kaak zich opent doordat de balletjes van het grondvlak in de buurt van de balletjes van de kaak komen. De balletjes stoten elkaar af waardoor een duwkracht gegenereerd wordt. 2. Geef op de onderstaande afbeelding de gegenereerde draaibeweging aan. Welke magnetische kracht is aanwezig - magnetische duw- of trekkracht? Hoe weet je dat? Omdat de kaak opent en de delen van elkaar afgestoten worden, wordt een duwkracht gegenereerd.
18 Stuwende beweging Leerdoel: Begrijpen hoe met behulp van magnetische duw- en trekkrachten een stuwende beweging gecreëerd kan worden. Het creëren van een draaiende beweging met behulp van eenvoudige lagers. 1. Beschrijf welke beweging ontstaat als je het bovenste gedeelte draait. Wanneer het bovenste gedeelte gedraaid wordt, genereert dit deel een slingerende beweging tussen de twee delen. Dit zorgt er echter ook voor dat door de onderlinge trek- of duwkrachten tussen de balletjes het onderste deel gaat draaien. 2. Waarom is er tussen de twee delen een lager nodig? Om de wrijving tussen de twee delen te verminderen en ervoor te zorgen dat bewegingen kunnen ontstaan. 1. Beschrijf welke beweging ontstaat als je het bovenste deel draait. Welke magnetische kracht veroorzaakt de beweging? Wanneer het bovenste deel gedraaid wordt, genereert dit deel een slingerende beweging tussen de twee delen. Dit zorgt er echter ook voor dat door de onderlinge trek- of duwkrachten tussen de balletjes het onderste deel gaat draaien. 2. Waarom is er tussen de twee delen een lager nodig? Om wrijving tussen de twee delen te verminderen en ervoor te zorgen dat bewegingen kunnen ontstaan. 1. Leg uit waarom de twee delen samen slingeren en draaien. Wanneer het bovenste deel gedraaid wordt, genereert dit deel een slingerende beweging tussen de twee delen. Dit zorgt er echter ook voor dat door de onderlinge trek- of duwkrachten tussen de balletjes het onderste deel gaat draaien. 2. Wat zou met de beweging gebeuren als er geen wrijving in de lagers zou zijn? Is dit mogelijk? Als er geen wrijving zou zijn, zou de constructie langer blijven bewegen. Alleen de luchtweerstand zou de beweging vertragen. Dit is niet mogelijk omdat alle elkaar rakende oppervlakken enige wrijving produceren.
19 Magnetische homopolaire motor Leerdoel: Begrijpen hoe een magnetische homopolaire motor gemaakt wordt. 1. Teken de onderdelen van een homopolaire motor en voorzie ze van een aanduiding. Batterij Koperdraad Magneet 2. Waarin lijkt deze motor op de kleine elektromotoren in speelgoedauto's? De onderdelen van de motoren zijn hetzelfde. Elke motor heeft een magneet en een koperdraad en wordt aangedreven door een batterij. 1. Teken de onderdelen van een homopolaire motor en voorzie ze van een aanduiding. Zie hierboven. 2. Wat zou er gebeuren als je een batterij met meer vermogen gebruikt? De draad zou sneller draaien. 1. Teken de onderdelen van een homopolaire motor en voorzie ze van een aanduiding. Zie hierboven. 2. Wat zou de draad sneller kunnen laten draaien? Door het vermogen van de batterij te verhogen en de magnetische kracht te vergroten zou de draad sneller gaan draaien.