1 Communicatie 1.1 Communicatie met de lichtsnelheid 1 Je verbrandt door de ultraviolette straling van de zon. 2 Infrarode straling (warmtestraling). De delen van het huis die een hogere temperatuur hebben dan andere delen, zenden meer infrarode straling uit. 3 Radiogolven en röntgenstraling. 4 De communicatie gaat over grote afstanden. De golven gaan dwars door muren en ramen. Je hebt geen lange draden nodig. 5 Uv-straling is slecht voor je gezondheid. De straling kan het erfelijk materiaal (DNA) in de huidcellen beschadigen waardoor de kans op huiskanker toeneemt. 6 Bij babyfoons heb je geen nummer dat je kiest. Als iemand in de buurt is met net zo n babyfoon kun je storing krijgen. Op korte afstand is daar niet veel kans op. 7 Infrarode straling gaat niet dwars door je heen. 8 Microgolven verwarmen voedsel in de magnetron. Deze golven zijn in staat om water en vet moleculen hard te laten trillen. Hierdoor wordt het voedsel, dat altijd water of vet bevat, warm. 9 2,6 s. Bereken eerst hoe lang het duurt voor een elektromagnetische golf om met een snelheid van 300 000 km/s een afstand af te leggen van 380 000 km. Met een verhoudingstabel: Afst. in km 300 000 380 000 Tijd in s 1 s?? = 1 380 000 / 300 000 = 1,3 s. Die afstand moet twee keer afgelegd worden: eerst van vluchtleider naar de astronauten en dan ook weer terug van astronauten naar de aarde. Het antwoord wordt dan: 2 1,3 = 2,6 s 10 De sprinter heeft de grootste snelheid. Bereken alle snelheden met een verhoudingstabel. Afst. in m 45? = 9 Tijd in s 5 1? 5 = 45 1 dus? = 45 : 5 = 9 snelheid van de poes is 9 m/s Afst. in m 115? = 9,6 Tijd in s 12 1? 12 = 115 1 dus? = 115 : 12 = 9,6 snelheid van de hond is 9,6 m/s Afst. in m 100? = 10,1 Tijd in s 9,9 1? 9,9 = 100 1 dus? = 100 : 9,9 = 10,1 snelheid van de sprinter is 10,1 m/s 11 7,5 keer. In 1 seconde legt de radiogolf een afstand af van 300 000 km. Aantal keer 1? om aarde afstand 40 000 300 000? = 1 300 000 / 40 000 = 7,5 12 340 m/s Afst. 1224 km 1224000 m? Tijd 1 uur 3600 s 1 s? = 1 1224 000 / 3600 = 340 m De snelheid is dus 340 m/s. 13 6,3 km/h. Afst. 350 m? = 6300 m 6,3 km Tijd 200 s 3600 s 1 uur = 1h? = 350 3600 / 200 = 6300 m De snelheid is dus 6,3 km/h. 14 a 2 10 9 6 10 10 = 1,2 10 20 b 8 10 14 c 6 10 6 d 3 10 6 e 2244 15 a 5,63 m/s Reken eerst de tijd om naar seconden: 2 h 04 min 55 s = 2 3600 + 4 60 + 55 = 7495 s en de afstand naar meter: 42,195 km = 42195 m Gebruik de formule (verhoudingstabel mag natuurlijk ook) Vul de formule in: 42195 = v 7495 En bereken de snelheid v: v = 42195 / 7495 = 5,63 m/s 1
b 20,3 km/h Met een verhoudingstabel: Afst. 5,63 m? = 20268 m 20,3 km Tijd 1 s 3600 s 1 uur (h)? = 5,63 3600 / 1 = 20268 m De snelheid is dus 20,3 km/h. 16 a 2516 m. Met een verhoudingstabel: Afstand in m 340? Tijd in s 1 7,4? = 340 7,4 = 2516 m b 3,4 km Het vliegtuig legt een afstand af van 460 m in 1 s: Afstand in m 460? Tijd in s 1 7,4? = 460 7,4 = 3404 m = 3,4 km. c Op het moment dat het geluid je oor bereikt (na 7,4 s), is het vliegtuig al een heel eind (3,4 km) verder. De tijd die het licht nodig heeft om je oog te bereiken is te verwaarlozen. 17 a 5,5 uur Het radiosignaal legt in 1 s een afstand af van 300 000 km. Afstand 300 000 km 5900 000 000 km Tijd 1 s?? = 5 900 000 000 1 / 300 000 = 19 667 s = 5,5 uur. b 70896 km/h Bereken eerst het aantal uur dat de reis geduurd heeft. De tijd is 9 jaar en 6 maanden (9,5 jaar)= 3468 dagen. (We rekenen met: 1 jaar = 365 dag) 19 a 4,05 10 13 km b 4,3 jaar Nu een keer met de formule: Vul de formule in: 4,05 10 13 = 300 000 t (afstand in km en de snelheid in km/s) Bereken de tijd t (in s): t = 4,05 10 13 / 300 000 = 1,35 10 8 s 1,35 10 8 s = 3,75 10 4 uur = 1563 dag = 4,3 jaar. c Als je deze ster zou zien ontploffen is dat in werkelijkheid 4,3 jaar eerder gebeurd. Hoe verder een ster weg staat des te langer heeft het licht er over gedaan. d 9,46 10 12 km een lichtjaar is de afstand die het licht in een jaar aflegt. Een jaar is 365 dagen. Een dag is 24 h. Een uur is 3600 s. Een jaar is dus: 365 24 3600 = 31 536 000 s De afstand van één lichtjaar wordt dan: = 300 000 31 536 000 = 9,46 10 12 km. (snelheid in km/s, de tijd in s en de afstand in km) 20 a 126 000 km/s Bereken eerst hoe groot 1% van de lichtsnelheid is en daarna hoe groot 42% van de lichtsnelheid is. 1% = 300 000 / 100 = 3000 km/s 42 % = 42 3000 = 126 000 km/s b Antwoord B Bij glas is de snelheid 1/3 minder, dus 1/3 van 300 000 = 100 000 minder 300 000 100 000 = 200 000 dus antwoord B. Dit is 3468 24 = 83232 uur. De gemiddelde snelheid in km/h wordt dan: Afstand 5900 000 000 km? km Tijd 83232 uur 1 uur 18 a 4,4 s? = 5 900 000 000 1/ 83232 = 70896 km/h Afstand 342 m 1500 m Tijd 1 s? s? = 1500 1 / 342 = 4,4 s 2 b Die tijd is zo kort (0,00 0005 s) dat je die tijd mag verwaarlozen.
1.2 Informatie in golven 21 practicum 22 a de waterdeeltjes b de luchtdeeltjes c Bij elektromagnetische golven is er geen stof die trilt. Het bijzondere van elektromagnetische golven is juist dat ze door een ruimte kunnen gaan waar geen enkel deeltje aanwezig is (vacuüm). 23 a Men dacht dat er zonder stof ook niets kon trillen. b De aarde beweegt dan door de ether. De lichtsnelheid tegen deze etherwind in zou dus kleiner zijn. 24 a lichtcel, accu b stopcontact, dynamo. 25 0,00000134 s Gebruik de formule f = 1/T f = 1/747000 = 0,00000134 s In het venster van je rekenmachine verschijnt misschien: 1,338688 E -06. Dit betekent dat je de komma 6 plaatsen naar links moet schuiven: 0,000001338688 s. Waneer je dat afrondt, krijg je: 0,00000134 s. Meer details over de notatie van kleine getallen vind je op blz. 117 van je leerboek. 28 FM vind je vaak in de naam van radiozenders: bijvoorbeeld radio 3 fm. 29 a 3,03 10-15 s In 1 seconde zitten 3,3 10 14 trillingen. Eén trilling duurt dan: 1/3,3 10 14 = 3,03 10-15 s De exponent -15 betekent hier dat de komma 15 plaatsen naar links opschuift: 0,00 000 000 000 000 303 s b 6,6 10 12 in 1 s heb je 3,3 10 14 trillingen. Het aantal pulsen vind je door dit getal door 50 te delen: 3,3 10 14 : 50 = 6,6 10 12 30 a digitaal b Bij digitale signaalverwerking wordt met codes gewerkt. Bij de verwerking van de codes worden storingen verwijderd. 31 B en C 32 practicum 33 a f = 1/T = 1/1,337 = 0,7479 Hz b In de doos zit de ontvanger van de signalen uit de ruimte. De paraboolantenne bundelt de elektromagnetische straling die uit de ruimte komt naar één punt en in dat punt is de doos geplaatst. 26 a 0,020 s Eén patroon duurt 20 ms = 20 milliseconde = 0,020 s. De trillingstijd T is dan ook 0,020 s. b 50 Hz f = 1/T = 1/0,020 = 50 Hz c De frequentie. Het wieltje zal sneller draaien, de tijd T wordt kleiner, dus de frequentie f groter. d 10,8 km/h Als de buitenkant van het wieltje van de dynamo 6 cm aflegt, draait het wiel ook 6 cm en gaat de fiets dus 6 cm vooruit. De fiets gaat 0,06 m vooruit in 0,020 s. De snelheid is weer te berekenen met een verhoudingstabel: Afstand 0,06 m? = 3 m?? = 10800 Tijd 0,020 s 1 s 3600 s? = 0,06 1 / 0,020 = 3 m?? = 3600 3 / 1 = 10800 m De snelheid in km/h wordt dan 10800 m in 1 uur = 10,8 km/h. 27 a Bij wisselstroom verandert de stroom steeds van richting b Bij gelijkstroom loopt de stroom steeds dezelfde kant op c Frequentie is het aantal trillingen per seconde d Trillingstijd is de tijd van één trilling e Modulatie is het meesturen van informatie met een golf f Amplitude is de maximale uitwijking bij een trilling 3
1.3 Luidspreker en microfoon 34 a je stembanden b lucht (meestal) c elektrische stroompjes d bij elektromagnetische golven is er geen stof die trilt. 35 a De elektrische trillingen moeten gecodeerd worden en met de wisselstroompjes meegegeven door middel van modulatie. b opslaan van telefoonnummers, kiezen van nummers, opslaan van plaatjes enzovoort. 36 a De frequentie heeft te maken met de toonhoogte van het geluid dat het mobieltje produceert en dat hangt weer af van het signaal dat het mobieltje oppikt. Hoe hoger de toon des te groter is de frequentie. b Wisselstroompjes met informatie (die volgen de trillingen van het geluid dat het mobieltje opvangt) en wisselstroompjes om de elektromagnetische golf te maken (de draaggolf met een zeer hoge frequentie) die de antenne van je mobiel verlaat. 37 Een luidspreker zet elektrische trillingen om in geluid, een microfoon zet geluid om in elektrische trillingen. Dus precies de omgekeerde functie. 38 practicum 39 practicum 40 practicum 41 practicum 42 practicum 43 Hoe dichter je bij de polen komt, des te groter is die afwijking. 44 C 45 IJzer wordt door de magneet zelf magnetisch door influentie. Hierdoor wordt het magneetveld van de aarde verstoord. 48 Een elektromagneet kun je uitzetten. Dat is handig als de kraan het ijzer weer moet loslaten. 49 Door het magneetveld van de spoel worden de elementaire magneetjes in de kern gericht. Er komt dus in feite een extra magneet in de spoel te zitten. Hierdoor wordt het magneetveld versterkt. 50 Elektromagneten kosten elektrische energie. Permanente magneten niet. 51 a geluid microfoon wisselstroompjes gecodeerd signaal elektromagneet bandje. b Door de elektromagneet stuur je een wisselstroom met een hoge frequentie. De hoge frequentie van het magneetveld schudt de elementaire magneetjes op de band weer door elkaar. 52 De elektromagneet van de spoel en de permanente magneet. 53 a Het spoeltje moet licht zijn zodat het makkelijk trilt. b Door het geluid hard te maken: de amplitude van de trillingen van de luchtdeeltjes is dan groot. 54 <pulsje> 55 practicum 56 a Als de magneet die aan het membraan vast zit, trilt, verandert het magneetveld in de spoel ook. Doordoor heb je weer inductie: in het spoeltje gaat een wisselend stroompje lopen. b Een magneet is vrij zwaar, zware voorwerpen zijn moeilijk in beweging te krijgen, zeker door zwakke luchttrillingen. 57 De paraboolspiegel weerkaatst het geluid dat uit één richting komt naar de microfoon. Zwakke geluiden worden zo versterkt. 58 a 500/0,25 = 2000 keer groter b Ja inderdaad, alleen is dat niet veel. c Bij sms en houd je je telefoon niet bij je hoofd. 46 a naar de magneet b hetzelfde, ook naar de magneet c zonder magneet in de buurt: met magneet in de buurt: < illustratie: uit het leerboek blz. 24 > 4 47 practicum
1.4 Signalen uit de ruimte b de teruggekaatste lichtstralen: 59 a De golven gaan rechtdoor en door de kromming van de aarde verdwijnen ze van het oppervlak. b Als je de mast boven op de berg zet, kom je verder. 60 a Als je een dwarsdoorsnede maakt, krijg je de vorm van een parabool. b In het brandpunt waar de straling samenkomt. 61 Bevestig de paraboolspiegel zo aan een statief dat je hem richting zon kunt draaien. Zoek uit waar het brandpunt ligt door de spiegel in de zon te houden en met een stuk papier te kijken waar het meeste licht komt. Meet de plaats van dit punt op en maak met statiefmateriaal een glashouder, zo dat het glas in het brandpunt komt. Voor een betere terugkaatsing bedek je de parabool met aluminiumfolie. De spiegel zorgt ervoor dat het op de plaats van het glas zeer heet kan worden. 62 Met paraboolantennes kun je kennelijk ook tvsignalen uitzenden. De paraboolzender zorgt ervoor dat de uitgezonden straling niet alle kanten uitvliegt maar als een strakke bundel uitgezonden wordt in de richting van een ontvangstantenne in Hilversum. De bundel kan ook op een communicatiesatelliet gericht worden. De satelliet zendt de informatie dan weer door naar de plaats van bestemming. 63 Bij spiegelende terugkaatsing kaatst licht in één richting terug, terwijl bij diffuse terugkaatsing licht in alle richtingen terugkaatst. 64 practicum 65 a de normalen: 66 1 A, 2 C, 3 C, 4 A, 5 B 67 0,24 s De totale afstand heen en terug is 2 36 000 = 72 000 km. Afstand 300 000 km 72000 km Tijd 1 s? s? = 72 000 / 300 000 = 0,24 s. 68 Omdat een polaire satelliet niet met de aarde meedraait. 69 Als de satelliet stil staat ten opzichte van de aarde, hoef je niet steeds de antenne te blijven richten. 70 a Met de formule: 40 000 = v 24 v = 40 000 / 24 = 1667 km/h b Veel groter, want hij legt in dezelfde tijd een veel grotere cirkel af. 71 a Bij een geostationaire satelliet krijg je één stip. b Daar is het dag en het wordt daar donker. De zon gaat van oost naar west. Het verlichte deel schuift daardoor naar rechts. De zon gaat in het westen onder. c De zon staat ten zuiden van de evenaar. Of: op de noordpool wordt het niet licht, dus daar is de poolnacht winter. Dus zomer op het zuidelijk halfrond. d v = 7,7 10 3 m/s De straal van de cirkelbaan van de satelliet is: r = 6400 + 400 = 6800 km = 6,8 10 6 m. Invullen in de formule: v 2 = 4 10 14 / 6,8 10 6 = 5,88 10 7 v = 7,7 10 3 m/s e eigen antwoord 5
72 Elke baan van een satelliet moet het centrum van de aarde als middelpunt van de cirkelbaan hebben. Die baan over Nederland kan er zo uit zien: v kleiner. Jan Willem heeft gelijk. v 78 a remweg 0,75 10 remweg in meter en v in km/h. b remweg = 0,75 (50/10) 2 = 19 m. 2 79 In beide richtingen. De provider kan meten dat mobieltjes langzaam van cel A via cel B naar cel C bewegen, maar ook dat er mobieltjes langzaam de andere kant opgaan: van cel C via cel B naar cel A. 73 Op zulke grote hoogtes kun je geen gedetailleerde foto s maken. 74 a 7,70 km/s De straal r van de cirkelbaan van het ISS is: r = 6400 + 350 = 6750 km Invullen in de formule: v 2 = 4 10 14 / 6,750 10 6 = 5,93 10 7 v = 7,70 10 3 m/s = 7,70 km/s b omtrek = π diameter = 2 π straal = 42412 km c omloopstijd = omtrek : snelheid = 42412 km : 7,70 km/s = 5508 s = 1,53 uur = 1 uur en 32 min. Dat antwoord komt overeen met de omlooptijd uit de tekst. 75 a De zon komt in het oosten op. De zon lijkt van het oosten naar het westen te draaien. In feite staat de zon stil maar draait de aarde van het westen naar het oosten. b De satellieten staan dichter bij dan geostationaire satellieten en bewegen dus sneller dan de aarde. Ze bewegen dus van west naar oost. 76 De straal van de cirkelbaan van de geostationaire satelliet is: r = 36 000 + 6400 = 42400 km = 4,24 10 7 m v 2 = 4 10 14 /4,24 10 7 = 9,4 10 6 v = 3071 m/s. De omtrek van die cirkelbaan is: = 2 π straal = 2π 4,24 10 7 = 2,66 10 8 m. 2,66 10 8 = 3071 t t = 2,66 10 8 /3071 = 8,67 10 4 s 8,67 10 4 s = 8,67 10 4 / 3600 = 24 uur. Klopt dus. 77 2 4 10 v r 14 Klopt, als ze verder weg staan is de afstand r groter. Je deelt het getal 4 10 14 door een groter getal zodat de uitkomst van de breuk kleiner wordt. v 2 wordt dan ook kleiner en dus wordt de snelheid 6
Toepassing De bundel van een zaklantaarn waaiert lekker uit. 80 Amplitudemodulatie. De maximale uitwijking van de trillingen gaan van hoog naar laag (zowat nul) en weer terug. 92 practicum 81 Dolfijnen en sommige walvissen (orka s bijvoorbeeld) 82 0,071 s Het geluid moet heen en weer. De totale afstand is dan 24 m. Met een verhoudingstabel: Afstand 340 m 24 m Tijd 1 s? s? = 1 24 / 340 = 0,071 s 83 a De frequentie moet omlaag. Het geluid van de vleermuis is onhoorbaar omdat het ultrasoon is, dat wil zeggen dat de frequenties die in het geluid voorkomen hoger zijn dan 20 000 Hz. b Dat de pieptoon die de fietsen veroorzaken een frequentie heeft die voor ons onhoorbaar is. Honden zouden de fietsen al van verre horen aankomen. c Het geluid van een bushokje is een constant zoemen en een vleermuis maakt geen constante toon. Een vleermuis schreeuwt een serie korte pulsjes en dat lijkt een beetje op het tjok tjok geluid van de elektriciteitskast. 84 practicum 85 Internetvraag 86 Ja: licht 87 S O S 88 amplitude modulatie 89 Maak niet uit; beide zijn elektromagnetische golven. 90 a 90 000 km Het licht legt in 1 s een afstand af van 300 000 km. Afstand 300 000 km? km Tijd 1 s 0,3 s? = 0,3 300 000 = 90 000 km b 9 10 4 km c Een seconde lichtstraal heeft een lengte van 300 000 000 meter. Dat zijn 150 000 000 stukjes licht en 150 000 000 stukjes donker. De lamp moet dus 150 000 000 keer per seconde aangezet worden en 150 000 000 keer uit. Dat is totaal 300 000 000 keer = 3 10 8 keer. d Nee, dat gaat veel te snel. 7 91 De lichtstraal van de laserpen blijft een zeer dunne bundel, die je alleen kunt zien als hij in je oog valt.