Experiment 2 HOEVEEL LICHT HOUDT EEN ZONNEBRIL TEGEN? Consumentenvraag We onderzoeken welk deel van het opvallend licht door een zonnebril wordt doorgelaten. Omdat er vele soorten zonnebrillen bestaan, moet er een aantal zonnebrillen, variërend in prijs en gebruiksdoel, worden onderzocht. Onderzoeksvraag 1: Is er een verband tussen de hoeveelheid licht die wordt doorgelaten en de prijs van de zonnebril? Onderzoeksvraag 2: Is het wel zinvol om een dure zonnebril te kopen? Inleiding Als er te veel licht op je oog valt, kan de pupil niet meer het teveel aan licht buitensluiten. Je krijgt dan een branderig gevoel in je oog en je kunt zelfs een zonnesteek oplopen. Om na te gaan welk effect het dragen van een zonnebril heeft op je oog, is het nuttig te weten of er verschillen zijn tussen de vele zonnebrillen die te koop worden aangeboden en zo ja, wat die verschillen zijn. Benodigdheden Zonnebrillen in diverse prijsklassen. Lichtbron. LDR, spanningsbronn en stroommeter met ma-bereik. Statiefmateriaal en klemmen voor een hoge opstelling. Stukje pvc-pijp.
A HET IJKEN VAN DE LDR Werkwijze Je onderzoekt eerst hoe de stroomsterkte door de LDR afhangt van de hoeveelheid licht. Daarvoor ga je de afstand tussen de lichtbron en de LDR variëren. Om achtergrondlicht zoveel mogelijk uit te schakelen, is het verstandig om de LDR aan het ene uiteinde van de pvc-pijp te plaatsen en het lamplicht door het andere uiteinde van de LDR te laten vallen. Opdrachten Maak een schakeling met spanningsbron, LDR en stroommeter, waarbij de uitslag van de ma-meter een maat is voor de hoeveelheid licht die op de LDR valt. A Meet de stroomsterkte als er geen licht op de LDR valt. Plaats het midden van de lamp op een afstand van 0,20 m voor de LDR en meet de stroomsterkte. Herhaal de meting, waarbij je de afstand tussen LDR en het midden van de lamp steeds 0,l0 m groter maakt tot 0,80 m. Noteer je meetresultaten in tabel 2.1 in de tweede kolom. De hoeveelheid licht die op de LDR valt is omgekeerd evenredig met de afstand tussen LDR en lichtbron in het kwadraat. Dat betekent: als de afstand tussen LDR en lichtbron 4 x groter wordt, dan wordt de hoeveelheid licht op de LDR 4 2 keer kleiner. Noem de hoeveelheid licht die op de LDR valt als de lichtbron op de grootste afstand (0,80 m) staat 'x' en bereken nu de hoeveelheid licht die op de LDR valt bij de andere afstanden. Zet de uitkomsten in tabel 2 l in de derde kolom. Maak een grafiek in Excel, waarbij je de stroomsterkte uitzet tegen de hoeveelheid licht. Kies 'x' zo dat je optimaal gebruik maakt van de horizontale as. Laat Excel een gemiddelde lijn trekken door je meetpunten. Dit is je ijkgrafiek. TABEL 1 Afstand in m Stroomsterkte in ma Hoeveelheid licht in x Geen licht 0,20 16 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 1 B HET METEN VAN DE DOORGELATEN HOEVEELHEID LICHT DOOR DE VERSCHILLENDE ZONNEBRILLEN Uitvoering Gebruik dezelfde opsteiiing met dezelfde onderdelen als in deel A. Zet de lichtbron op de kleinste afstand uit deel A. (0,20 m). Houd een zonnebril vlak voor de koker en meet de stroomsterkte door de LDR. Noteer je metingen in tabel 2.2, in de tweede kolom.
Bepaal met behulp van je ijkgrafiek de doorgelaten hoeveelheid licht, uitgedrukt in 'x'. Noteer de gevonden waarden in tabel 2.2, in de derde kolom. Omdat je weet hoe groot de hoeveelheid licht is als er geen zonnebril tussen LDR en lichtbron in staat, kun je het doorlatingspercentage van de zonnebril berekenen. Zet dat berekende percentage in tabel 2.2 in de vierde kolom. Doe hetzelfde met de andere zonnebrillen. TABEL 2.2 Zonnebril Stroomsterkte in ma Doorgelaten hoeveelheid licht in x Doorlatings percentage Prijs in guldens 1 blauwgroen 5 2 bruin 50 3 zilver 100 4 vlek bruin zwart 60 5 veelkleurig 35 6 wit 5 7 oranje 5 8 groen 5 9 goud 50 10 leer 180 Opdracht Uit de vierde kolom van tabel 2.2 kun je concluderen welke zonnebril het meeste licht tegenhoudt. Overigens zijn er nog andere factoren die een verantwoorde aanschaf bepalen, zoals het doel waarvoor je de zonnebril wilt gebruiken en hoeveel geld je eraan wilt besteden. Noteer in de vijfde kolom van tabel 2.2 de prijs van de onderzochte zonnebrillen. Geef een eindoordeel over de onderzochte zonnebrillen.
Experiment 2 docent Hoeveel licht houdt een zonnebril tegen? Typering leerstof Exanenprogramma havo/vwo Algemeen. In probleemstellingen relevante gegevens kunnen ordenen. Informatie kunnen selecteren die voor de oplossing van een probleem nodig is. Uitkomsten in tabelvorm in een diagram kunnen tekenen. Uit een diagram gegevens kunnen aflezen. Afwegingen kunnen maken op basis van een beperkte hoeveelheid fysische gegevens. In staat zijn te rapporteren over een uitgevoerde proef (alleen vwo). Elektriciteit en magnetisme. Wet van Ohm. Stroommeting, spanningsmeting. Elektrische weerstand /geleiding in halfgeleiders; contextbcgrip: LDR. In dit experiment kunnen leerlingen hun kennis omzetten in het testen van een product. Overigens gaat het hier nauwelijks om hun kennis van het onderwerp 'licht' of 'optica'; het enige wat ze daarvan moeten weten is de regel dat de verlichtingssterkte afneemt met het kwadraat van de afstand tot de lichtbron. De grootheid verlichtingssterkte hoort niet tot het examenprogramma en dus dient deze regel expliciet in het practicum vermeld te worden. Waar het in dit experiment om gaat is het gebruikmaken van een ijkgrafiek om de lichtdoorlating van een zonnebril te testen. De enige expliciete natuurkundige kennis die leerlingen nodig hebben is de wet van Ohm en hoe een LDR van die wet afwijkt. Omdat het combineren van ijking met bepaling van lichtdoorlating niet echt eenvoudig is, lijkt dit practicum vooral geschikt voor de bovcnbouw, bijvoorbeeld bij de behandeling van de LDR. Benodigdheden LDR. LDR's kunnen geen groot vermogen aan. De LDR die wij gebruikten kon een maximaal vermogen van 0,4 W aan. Bij sterke verlichting zakt de weerstand tot minder dan 1(X) ~ en dus mag de spanningsbron niet meer dan 6 V leveren. Gebruik dan ook een lamp van maximaal 25 W. Laat eventueel een weerstand in serie met de LDR gebruiken. Pvc-buisjc. Om het achtergrondlicht zoveel mogelijk uit te schakelen gebruikten wij een pvc-buisje met een diameter van 33 mm en een lengte van ongeveer l8 cm. Resultaten De ijkgrafiek blijkt een mooie rechte lijn te zijn, die vrijwel door de oorsprong loopt: als er geen licht op de LDR valt, loopt de weerstand op tot 10 6 ohm (Zie de grafiek). Het is voor de resultaten uiterst belangrijk dat de metingcn met de zonnebril tussen lamp en LDR plaatsvinden met de kleinste afstand tussen lamp cn LDR. Anders is de enige conclusie die getrokken kan worden dat de ene zonnebril het licht beter tegenhoudt dan de andere. Een zonnebril is pas goed als hij minimaal 65 % van het licht absorbeert en terugkaatst. TABEL 1 Afstand in m Stroomsterkte in ma Hoeveelheid licht in x 0,01 Geen licht 0,20 2,60 16 0,30 1,50 7,1 0,40 0,86 4 0,50 0,68 2,6 0,60 0,51 1,6 0,70 0,38 1,3 0,80 0,18 1
Stroomsterkte in ma Ijkgrafiek zonnebril 3 2,5 2 1,5 Re Lin 1 0,5 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 x TABEL 2 Zonnebril Stroomsterkte in ma Doorgelaten hoeveelheid licht in x Doorlatings percentage Prijs in guldens 1 blauwgroen 1,36 7,6 48 5 2 bruin 1,23 6,6 41 50 3 zilver 0,78 3,8 24 100 4 vlek bruin zwart 0,99 5,2 33 60 5 veelkleurig 0,84 4,2 26 35 6 wit 1,80 10,2 64 5 7 oranje 1,42 7,8 49 5 8 groen 1,43 7,8 49 5 9 goud 1,18 6,3 39 50 10 leer 0,66 3,1 19 180 Het doorlatingspercentage = kolom 3/16 Bron: Bewerking van experiment 2 (F. Budding) uit de publicatie Natuurkunde uit de reeks Consumentenproeven in de klas.
UIT: CONSUMENTENPROEVEN IN DE KLAS Natuurkunde Eindredactie: Miek Scheffers-Sap (KPC) Toon de Valk (KPC) Eeke Wervers (Consumentenbond) Sylvia Nanning (Consumentenbond) 's-hertogenbosch, KPC, 1994 WOORD VOORAF De reeks Consumentenproeven in de klas bevat drie publikaties. Er is een uitgave voor scheikunde, voor natuurkunde en voor biologie. Aan de hand van deze publikaties kunnen leerlingen kennis maken met de praktijk van vergelijkend warenonderzoek. Centraal staan produkten uit het dagelijks leven, zoals w.c.-papier, zonnebrillen, wasmiddelen en snijbloemen. De proeven zetten de leerlingen aan tot toepassing van de leerstof bij de beantwoording van concrete vragen: welk w.c.-papier is goed en goedkoop; welke zonnebril laat de minste schadelijke straling door; welk wasmiddel lost eiwitvlekken het beste op; met welk snijbloemenvoedsel houd je de bloemen het langst goed? Door de koppeling van vakinhouden aan alledaagse thema's passen de proeven bij uitstek bij de recente ontwikkelingen rond de 'vermaatschappelijking' en het contextgericht zijn van leerinhouden. Welke leerinhouden/kerndoelen bij de verschillende proeven aan de orde komen, ziet u in het overzicht op pagina 3 en 4. De publikaties zijn gebaseerd op inzendingen voor de onderwijswedstrijd die de Consumentenbond in 1993 organiseerde ter gelegenheid van zijn 40-jarig jubileum. De opdracht voor de inzenders hield in dat zij een ontwerp moesten maken voor een 'consumentenproef' die bruikbaar is in het voortgezet onderwijs bij de vakken scheikunde, natuurkunde of biologie. De inzendingen zijn beoordeeld op praktische uitvoerbaarheid, veiligheid en originaliteit. Doorslaggevend was de mate waarin de proef consumenteninformatie oplevert. Een deskundige jury met vertegenwoordigers uit het onderwijsveld en de Consumentenbond heeft alle inzendingen beoordeeld (zie het juryrapport achterin deze uitgave). De jury heeft de winnaars aangewezen en de proeven voor deze uitgaven geselecteerd. De geselecteerde inzendingen zijn uitgewerkt tot proeven die direct bruikbaar zijn in de klas. De publikaties bevatten kopieerbare leerlingenbladen waarop ruimte is uitgespaard voor de antwoorden en uitwerkingen. Op docentenbladen wordt een nadere toelichting op de proef gegeven, met antwoorden op de vragen uit de leerlingentekst en met literatuurverwijzingen. We houden ons van harte aanbevolen voor uw reactie. KPC Consumentenbond
OVERZICHT PROEVEN NATUURKUNDE MET TYPERING PROEF EN VERWIJZING NAAR ONDERWERPEN Nr Titel/typering Klas Onderwerp 1 KWALITEIT VAN W.C.-PAPIER 1-3 Kennis verzamelen, Onderzocht wordt sterkte van gemotiveerd standpunt droog en vochtig papier, scheur- innemen, bewust gemak, zachtheid en prijs van een consumentengedrag. velletje w.c.-papier. 2 HOEVEEL LICHT HOUDT 3-5 Informatie selecteren, EEN ZONNEBRIL TEGEN? gegevens verzamelen en Onderzocht wordt hoeveel licht verwerken, experimenten door een zonnebril tegengehouden voorbereiden/uitvoeren/ wordt, en of de prijs overeenkomt met de kwaliteit. Elektriciteit: wet van Ohm, LDR. 3 HOE ZUINIG IS EEN 3-4 Experimenten voor DIMMER? bereiden/uitvoeren/ Onderzocht wordt of een dimmer Meten met energiebesparend werkt. kwh-meter. Berekening energiekosten. Werking LDR. 4 SPAARLAMP VERSUS 3-4 Informatie selecteren, GLOEILAMP gegevens verzamelen en Onderzocht wordt of en wanneer verwerken, experimenten een spaarlamp voordeliger is dan voorbereiden/uitvoeren/ een gloeilamp. vetwerken. Elektriciteit: vermogen, kwh-meter, wet van Ohm, LDR. Berekening energie kosten. 5 KOKEN: OP GAS OF Ba- Informatie selecteren, ELEKTRISCH? sis- gegevens verzamelen en Onderzocht wordt welke manier vor- verwerken, experimenten van verhitten voordeliger is. ming voorbereiden/uitvoeren/ Energie: kwh-meter, berekening energiekosten. Titel/typering Klas Onderwerp 6 TEST: FIETSVERLICHTING Ba- Informatie selecteren, Onderzocht wordt hoe het gesteld sis- gegevens verzamelen en is met de achterlichten van de vor- verwerken, experimenten fietsen op school. ming voorbereiden/uitvoeren/ Materialen in constructies, context: roesten van ijzer. 7 HET SUIKERGEHALTE VAN 4 Informatie selecteren, COLA gegevens verzamelen en Onderzocht wordt hoeveel suiker verwerken, experimenten er in cola zit. Ook wordt cola-light voorbereiden/uitvoeren/ bekeken. Massa en dichtheid.