Lesbrief Lucht & Aerodynamica: Voor u ligt een begeleidende lesbrief van Mad Science die u in uw eigen klas kunt gebruiken. De les bevat enkele experimenten die de kinderen zelf in de klas uit kunnen proberen. Bij deze les hoort een filmpje waarin twee professors van Mad Science deze experimenten op een interactieve manier uitleggen. Ideaal voor op het smartboard dus! Tevens is deze proefles ideaal als voorbereiding op de Mad Science workshop Lucht & Aerodynamica die via deze link te boeken is. Over Mad Science TV Educate, have fun and make a Difference! Science, (wetenschap & techniek) is de perfecte tool om kinderen iets te leren. We vertellen kinderen niet hoe iets werkt, we laten het zien, sterker nog, ze mogen het zelf doen. Wat leren de kinderen dan? We leren de kinderen de basisbegrippen van wetenschap & techniek zoals beschreven in de kerndoelen. Make a difference: Onderzoek heeft aangetoond dat Mad Science de attitude van kinderen ten opzichte van science positief beïnvloedt. U weet waarschijnlijk wel hoe kinderen reageren op onze diensten! Het boeken van Mad Science past helaas niet altijd op een school. En natuurlijk wil je als leerkracht ook zelf aan de slag. 1 maal per maand zullen wij een nieuwe video op onze website plaatsen. Met bijbehorende lesbrief. Omdat dit de eerste keer is dat wij dit doen staan wij natuurlijk open voor uw commentaar, vragen en verbeterpunten! Het opsturen van een foto of een berichtje naar ons wordt zeer gewaardeerd! Kortom, wij hopen u te voorzien van waardevolle, leuke en educatieve informatie waar u mee verder kunt. Wilt u meer opdrachten. Dan zou u kunnen overwegen om Mad Science in te huren voor een uitdagende workshop! WWW.MADSCIENCE.ORG/NEDERLAND 1
Snelle lucht Doel: De kinderen maken kennis met het begrip luchtdruk en leren dat de luchtdruk daalt als lucht snel stroomt. - 1 vel papier (A4) per kind - Tafeltje of bureau Procedure: 1) Vouw het vel papier in de lengte door de helft. 2) Zet het gevouwen vel papier op tafel zoals op de tekening te zien is. 3) Vraag de kinderen wat ze denken dat er zal gebeuren als ze door de opening heen blazen. Maak gebruik van het woord hypothese. Uitleg: Door tussen het papier door te blazen wordt er een snel stromende luchtstroom gecreëerd. Hierdoor daalt de luchtdruk in de binnenkant van het vel papier. Omdat de luchtdruk aan de buitenkant van het papier hetzelfde blijft en dus hoger is dan de luchtdruk aan de binnenkant, klapt het papier dicht. 2
Lucht stromen Doel: De kinderen maken kennis met het begrip luchtdruk en leren dat de luchtdruk daalt als lucht snel stroomt. - 1 vel (A4) papier. De kinderen kunnen hetzelfde vel gebruiken als in de vorige activiteit. Procedure: 1) Laat de kinderen het vel papier voor hun mond houden zodat het uiteinde van het vel tegen de bovenlip aan komt. (zie filmpje) 2) Vraag aan de kinderen wat ze denken dat er zal gebeuren als ze tegen het vel papier aan zullen blazen. Maak gebruik van het woord hypothese. 3) Laat de kinderen blazen en vertellen wat ze zien gebeuren. 4) Laat de kinderen het vel papier tegen de onderlip aan plaatsen (zie filmpje). 5) Vraag de kinderen wederom naar hun hypotheses. 6) Laat de kinderen blazen en vertellen wat ze zien gebeuren. Uitleg: Blazen tegen een stukje papier biedt een kijkje in de wereld van de luchtstromingen. Toen de lucht tegen het blaadje aan geblazen werd, duwden de luchtdeeltjes het papier omhoog. Toen we het blaadje tegen de onderlip plaatsten, creëerden we een snelle luchtstroom die over het blaadje heen ging. Door deze sterke luchtstroom daalde de luchtdruk aan de bovenkant van het blaadje. Omdat de luchtdruk aan de onderkant van het vel papier gelijk bleef en hoger was dan aan de bovenkant, ging het blaadje omhoog. 3
Vliegtuigje maken Doel: De kinderen leren dat een vliegtuigje niet per definitie een standaard vliegtuigvorm hoeft te hebben. - 1 knipvel per kind (zelf kopiëren) - 1 schaar per kind - 1 rol plakband of schilderstape per groepje - 1 rietje (geen buigrietje) per kind Procedure: 1) Geef elk kind een knipvel en de benodigde materialen en volg de stappen uit die op het knipvel staan. 2) Laat de kinderen hun vliegtuigjes uittesten en eventueel aanpassen. 3) Eventueel maakt u er een wedstrijdje van en kijkt u welk vliegtuigje het verst kan vliegen Uitleg: Dit vliegtuigje ziet er anders uit dan een normaal vliegtuigje. Het vliegtuigje dat we gemaakt hebben is ook meer te vergelijken met een soort raket. Hoe kan het nu dat het vliegtuigje blijft vliegen? Als we het vliegtuigje weggooien schiet er eerst lucht door de kleine cirkel en daarna door de grote cirkel. Hierdoor daalt de luchtdruk binnenin die cirkels. Omdat de luchtdruk buiten de cirkels gelijk blijft en de lucht aan elke kant evenveel op de cirkels drukt, vliegt het vliegtuigje mooi rechtdoor. 4
Knipvel / kopieervel - 1 schaar per kind - 1 rietje (geen buigrietje) per kind - 1 knipvel per kind - 1 rol schilderstape /plakband per groepje Stap 1: Knip beide stroken over de stippellijn af. Stap 2: Plak van elke strook de uiteinden aan elkaar zodat je een cirkel krijgt. Stap 3: Plak beide cirkels aan het rietje vast. 5
Vortexkanon maken Doel: Tijdens deze activiteit leren de kinderen dat de luchtdruk verandert op het moment dat het latexvel van het vortexkanon naar achteren getrokken wordt en op het moment dat het latexvel losgelaten wordt. - 1 plastic beker per kind ( Zie filmpje) - 1 schaar per kind - 1 ballon per kind - 1 rol plakband per kind - Eventueel 1 rookmachine - Enkele kaarsen of theelichtjes - Boormachine of iets anders scherps waar een gat mee gemaakt kan worden in een plastic beker. (let op! doe dit zelf en laat de kinderen dit niet doen!) Procedure: 1) Het is het beste als u al van tevoren in het midden van elke plastic beker een gat gemaakt heeft. Hier kunt u een boormachine of iets anders scherps gebruiken. Het gat moet een diameter hebben van ongeveer 2,5 cm 2) Geef elk kind de benodigde materialen. 3) Laat elk kind het tuitje van de ballon af knippen en weggooien. 4) Laat elk kind het stuk ballon over de opening van de beker trekken (zie filmpje). 5) Laat de kinderen de ballon goed vastplakken aan de beker. 6) U zou de kinderen nu kunnen laten proberen om een kaars of theelichtje uit te schieten. 7) Mocht u de beschikking hebben over een rookmachine, dan zou u rook ik de kanonnen kunnen blazen. Als de kinderen nu schieten, komen er rookkringen uit het kanon. Uitleg: Er bevindt zich een bepaalde hoeveelheid lucht in het vortexkanon die dezelfde druk heeft als de lucht daarbuiten. Door de achterkant van het kanon terug te trekken, wordt de ruimte groter en daalt de luchtdruk binnen in het kanon. Hoge luchtdruk van buiten stroomt naar binnen om de druk gelijk te maken. Als je de achterkant weer loslaat, wordt het volume weer kleiner en wordt de druk binnen het kanon onmiddellijk hoger. De hoge luchtdruk in het kanon stroomt heel snel weer terug naar de lagere druk buiten het kanon. De lucht schiet uit het kanon in een draaiende vortex, waarmee je gemakkelijk kan richten. 6
Meer te doen Wiskunde - Gebruik vliegtuigen in verhaaltjes sommen. Bijvoorbeeld als je vliegtuigen hebt die maar twee passagiers kunnen vervoeren en we zouden met de hele klas op reis willen, hoeveel vliegtuigen heb je dan nodig? - Bekijk een boek over papierenvliegtuigjes en vraag de kinderen om een grote verscheidenheid aan vliegtuigjes te bouwen. Test de vliegtuigjes om te zien welke het verst vliegt. Gebruik een meetlint om de afstand te laten meten. De bevindingen kunnen de kinderen dan in een grafiek of tabel noteren. - Verzamel zoveel mogelijk verschillende materialen die de kinderen zouden moeten kunnen bewegen door er tegen te blazen via een rietje. (bijvoorbeeld, boombladeren, klein speelgoed, knikkers, papieren bekertjes, velletjes papier enzovoorts). Plaatse objecten op een rij en laat de kinderen er tegen aan blazen nadat ze een voorspelling hebben gedaan welk object het verste komt. Daag de kinderen uit zo hard mogelijk te blazen, en meet dan hoe ver de objecten zijn gekomen. - Geef elke leerling een vel papier; vertel de kinderen dat je een uitdaging voor hen hebt. Ieder kind krijgt een rietje en mag het papiertje verfrommelen, vouwen en buigen zoals hij of zij dat wil. Dan gaan ze wedstrijden houden om te kijken welk papiertje het verste beweegt door er met een rietje tegen aan te blazen. Net zoals bij de vorige activiteit laat je de kinderen eerst een voorspelling maken en meet je uiteindelijk de afstanden met een meetlint. Taal - Daag de kinderen uit een gedicht te schrijven over een vliegtuig. Laat ze hun uiteindelijke versie in de vorm van een vliegtuig schrijven. - Vraag de kinderen zich voor te stellen dat ze een eigen vliegmachine hebben ontworpen en klaar staan voor hun aller eerste vlucht. Laat de kinderen de ervaringen van hun eerste vlucht opschrijven. Je zou de kinderen ook brieven of kaarten vanaf de bestemmingen waar ze met hun vliegmachine naar toe zijn geweest kunnen laten sturen. - Vraag de kinderen of ze zich dingen kunnen voorstellen waardoor wij elke dag te maken hebben met lucht druk, laat hen hun bevindingen opschrijven als een wetenschappelijk journaal. - Vraag de kinderen zich voor te stellen hoe het leven zou zijn zonder luchtdruk. Omdat lucht overal aanwezig is rondom ons is en dus een belangrijke rol speelt in ons leven. Laat de kinderen opschrijven hoe het leven er dan uit zou zien. - Als u de proefjes gedaan hebt met de papierenvliegtuigjes laat de kinderen dan een verhaaltje schrijven over het leven van een papierenvliegtuigje. Kunst - Geef ieder kind een veelvoud aan materialen en vraag hen om zelf een miniatuur vliegmachine te maken. Eventueel kunt u ze uitdagen om er voor te zorgen dat deze machines ook echt vliegen. - Neem een groot vel papier en knip het in grote verschillend gevormde stukken, zoals een puzzel. Geef iedere leerling een stuk van de puzzel en vraag hem of haar daar een vliegmachine op te tekenen. Zorg er voor dat iedereen op de juiste kant van het papier tekent zodat je uiteindelijk de puzzel weer in elkaar kan zetten. - Versier samen met de kinderen vliegers. Eventueel laat u de kinderen de vliegers zelf bouwen, en laat u ze samen met de kinderen ook echt op. - Geef de kinderen een wit vel papier en vraag hen dit vel dubbel te vouwen. Vraag hen dan om het papier open te maken en aan 1 kant te beschilderen en weer dicht te vouwen. Open het papier en laat de verf drogen. Laat de kinderen de gekleurde pagina in de vorm van een vlinder knippen. Als u het proces ook voor de andere zijde van het papier herhaald zou u de vlinders overal in de klas kunnen ophangen. 7
Geschiedenis/Aardrijkskunde - Laat de kinderen een onderzoek doen naar de oorsprong van vliegers. - Vraag de kinderen onderzoek te doen (een werkstuk te maken) over de geschiedenis van vliegtuigen. - Vraag de kinderen hun grootouders te interviewen (of andere ouderen uit hun omgeving) over hoe het was toen de eerste passagiersvliegtuigen rondvlogen. - Laat de kinderen een werkstuk maken over beroemde vliegtuigen, hierbij mogen ze ook kijken naar de laatste nieuwe ontwikkelingen. Laat hen hierbij kijken naar wat dan die nieuwe innovaties zijn. - Laat kinderen onderzoek doen naar hoe vliegtuigen het milieu beïnvloeden. Vraag hen ook te kijken naar mogelijke oplossingen. Snelcursus Luchtdruk is de kracht die lucht uitoefent op een oppervlak. Lucht is overal en altijd om ons heen en oefent dus altijd druk uit. Gelukkig zijn wij gewend aan dit gevoel en merken wij er dus niets van. Op het zelfde moment vergeten we ook vaak dat lucht massa en dus ook gewicht heeft en plaats inneemt. Er is een verschil tussen massa en gewicht. Het gewicht van een object wordt bepaald door de zwaartekracht die uitgeoefend word op de massa van het object. De massa is de hoeveelheid materie waaruit het object bestaat, massa blijft altijd constant terwijl gewicht kan variëren (afhankelijk van plaats en situatie). Denk bijvoorbeeld eens aan het maken van een ruimtereis, je massa zou constant blijven maar als je eenmaal in de ruimte bent zou je gewichtsloos worden. Luchtdruk kan op verschillende manieren worden gebruikt. Luchtdruk helpt bijvoorbeeld bij het maken van een noodstop. Atmosferische druk zorgt dan voor de extra weerstand die helpt bij de werking van de remmen. Een ander voorbeeld is drinken door een rietje. Als je uit een rietje drinkt is het eigenlijk de atmosferische druk die de vloeistof omhoog duwt. Ten slotte zorgt luchtdruk er voor dat hovercrafts kunnen bewegen. Deze voertuigen rijden op een kussen van lucht. Lucht wordt continu onder de hovercraft geperst om zo een dun kussen van lucht te vormen tussen de hovercraft en het oppervlak waarop hij zich voortbeweegt. Dit kussen zorgt ervoor dat er vrijwel geen wrijving is tussen de hovercraft en het oppervlak waarop hij beweegt. Toen mensen lang geleden wilden leren vliegen keek men naar vogels voor ideeën. Bij vogels lijkt het net alsof vliegen heel simpel is. Ze flapperen gewoon wat met hun vleugels en omhoog gaan ze. Veel mensen hebben geprobeerd vogels te imiteren. Ze bouwden een paar vleugels en flapperden zo hard als ze konden. Ze kregen op die manier een hoop beweging maar de lucht in gingen ze niet. Ze realiseerden zich niet dat menselijke spieren niet sterk genoeg zijn om ons de lucht in te tillen. Maar sommige mensen keken verder en ontdekten dat sommige vogels niet of nauwelijks met hun vleugels flapperden, zij staken slechts hun vleugels uit en zweefden. Door deze observatie kwamen er weer meer experimenten, en vroege zweefvluchten eindigden vaak in een ramp omdat de bestuurders geen of nauwelijks controle hadden over het zweeftoestel. Tot dat zo n honderd jaar geleden er een Duitser genaamd Otto Lilienthal een vliegtuig ontwierp dat hij kon besturen door zijn gewicht te verschuiven, hangend onder het vliegtuig. Zijn benen deden behalve als roer dubbel dienst als landingsgestel. Langzaam verwierf men meer en meer kennis. En het waren de gebroeders Wright die weer een beter vliegtuig ontwierpen dat nog beter te besturen was, en dat uiteindelijk ook gemotoriseerd werd. Dankzij deze en andere luchtvaartpioniers kunnen wij nu vliegen als vogels, hoewel nog steeds niet zo makkelijk en stijlvol. En belangrijk aspect van aerodynamica is luchtweerstand, of wrijving die altijd op massieve vormen inwerkt die door de lucht bewegen. De voorwaartse kracht veroorzaakt door of te wel een straalmotor of propellers moet ervoor zorgen deze wrijving tegen te gaan. Stroomlijnen van de romp / body van een vliegtuig kan de wrijving significant verminderen. De kracht om een auto voort te bewegen word voornamelijk gebruikt om de weerstand tegen te gaan. De vier belangrijkste krachten die inwerken op het vliegen van een object zijn voorwaartse druk, zwaartekracht en de aerodynamische krachten opwaartse druk en lucht weerstand. Voorwaartse druk en lucht weerstand werken tegen elkaar in net zoals zwaartekracht en opwaartse druk. Kennis van deze concepten was essentieel voor mensen om hun eeuwen oude droom van vliegen te kunnen verwezenlijken. Al in de 16 e eeuw was Leonardo da Vinci reeds bezig met het maken van schetsen van vliegende objecten. Deze schetsen leken verdacht veel op huidige helikopters, alleen deed da Vinci dit zonder de kennis van aerodynamica en de andere krachten die de vlucht beïnvloeden, die wij nu wel hebben. Experimenten waren daarom gedoemd te mislukken. Een vliegtuig beweegt vooruit door de voorwaartse druk die gegenereerd word door propellers of straalmotoren. Een voorwaartse beweging gaat door zo lang de voorwaartse druk groter is dan de luchtweerstand. Vliegtuigen worden daarom zo aerodynamisch mogelijk ontworpen en gebouwd. Om los te komen van de zwaartekracht van de aarde en dus de lucht in te gaan heeft een vliegtuig opwaartse druk nodig. Dit word vooral door de vleugels van een vliegtuig gedaan. De wet van Bernoulli vormt de basis van de theorie dat een vliegtuig een draagvlak nodig heeft om door de opwaartse druk omhoog gestuwd te kunnen worden. Een doorsnede van een vleugel laat zien dat hij zo ontworpen is dat de lucht sneller langs de bovenkant van de vleugel zal gaan dan langs de onderkant, als resultaat zal het vliegtuig dus de lucht in getild worden. 8
Notities: 9