A EM TH
KRACHTEN
EVEN OP KRACHTEN KOMEN!
4
Inhoudstafel 1 2
Hoe komen krachten voor op onze aarde? Hoe wordt een kracht voorgesteld?
Wat ga ik leren? het begrip kracht dat krachten niet zichtbaar zijn, maar hun gevolgen wel het verband tussen de uitoefening van krachten en hun uitwerking voorbeelden van verschillende krachten
£ £ £ £
£ de grootte, het aangrijpingspunt, de zin en de richting van een kracht £ hoe je een kracht kunt voorstellen met behulp van het vectormodel £ hoe ik een STEM-probleem kan oplossen £ wat STEM-beroepen zijn
Welke vragen heb ik bij dit thema? eigen antwoord
142
THEMA 4 KRACHTEN
p. 144 p. 152
Check in Kruis de juiste onderzoeksvraag aan. £ Hoe meer je pompt, hoe hoger de fietspompraket zal vliegen. x Waarom kun je met een zelfgemaakte fietspompraket niet naar de maan? £ £ Werkt je fietspompraket beter op cola, bij zonnig weer, met extra vleugels en staart, in een glazen of een plastic fles?
hypothese eigen antwoord
CHECK-IN
143
1 1.1
Hoe komen krachten voor op onze aarde? Wat is een kracht?
1
O ONDERZOEKSVRAAG Wat gebeurt er met een gesloten papieren bloem op water?
V
HYPOTHESE
£ De bloem blijft gesloten. £ De bloem zinkt.
£ De bloem gaat open. £ De bloem blijft drijven.
BENODIGDHEDEN
papier – pen – rond glas - schaar - bord met water
U
WERKWIJZE
1 2 3 4
Teken met het glas een cirkel op papier en teken er enkele bloemblaadjes rond. Schrijf een talent van jezelf in het midden van de bloem. Vouw de bloemblaadjes naar binnen en leg de bloem op het water. Observeer gedurende een minuut.
WAARNEMING
4
R
De bloemblaadjes … De bloem …
gaan open / blijven gesloten zinkt / blijft drijven
BESLUIT
Op water gaat een gesloten papieren bloem open en blijft ze drijven. REFLECTIE
?
VERKLARING
Er is dus een oorzaak die de bloem doet opengaan. Die oorzaak is een kracht. a
Kun je die kracht zien? nee
b
Welk effect van de kracht kun je zien? De bloem gaat open. WIST JE DAT? Papier bestaat uit vezels met hiertussen kleine ruimtes. Als je papier in het water legt, dan trekt het water langzaam tussen deze vezels. Het papier absorbeert het water en zwelt een beetje op. Als je papier dubbelvouwt, dan zit het samengedrukt bij de vouw. Tijdens het opzwellen door het water, wordt het papier bij de vouw uit elkaar geduwd. Daardoor gaat de bloem open
144
THEMA 4 KRACHTEN
2
O ONDERZOEKSVRAAG Welke verandering ondergaat een blikje als je er zacht of hard in knijpt?
V
HYPOTHESE
£ een bewegingsverandering £ een vormverandering £ geen veranderingen BENODIGDHEDEN
touw – lintmeter – schaar – mok – sleutel – potlood – zacht dekentje
U
WERKWIJZE
1 2 3 4 5 6
Knip een stuk touw van 1 m af. Knoop het ene uiteinde van het touw goed vast aan het oor van de mok. Het andere uiteinde knoop je vast aan het oog van de sleutel. Maak met het dekentje een zachte ondergrond. Houd het potlood horizontaal vast met je rechterhand. Hang het touw over het midden van het potlood, met de mok aan de rechterzijde en de sleutel aan de linkerzijde. Trek met je linkerhand aan de sleutel, zodat het touw zich opspant en de mok tegen het potlood hangt. Zorg ervoor dat de mok zich boven de zachte ondergrond bevindt. Houd de sleutel net iets lager dan de mok. Laat de sleutel los.
WAARNEMING
6
R
De mok valt na het loslaten van de sleutel …
op de grond / niet op de grond mok
sleutel
Direct na het loslaten verandert de snelheid van het voorwerp …
£ niet x wel, er is een versnelling £ £ wel, er is een vertraging
£ niet x wel, er is een versnelling £ £ wel, er is een vertraging
Tijdens de proef verandert de richting van het voorwerp …
x niet, het blijft rechtdoor £ gaan £ van rechtdoor naar een ronddraaiende beweging
£ niet, het blijft rechtdoor gaan x van rechtdoor naar een £ ronddraaiende beweging
Aan het einde van de proef verandert de snelheid van het voorwerp …
£ niet £ wel, er is een versnelling x wel, er is een vertraging £
£ niet £ wel, er is een versnelling x wel, er is een vertraging £
BESLUIT
Een vallende mok en een sleutel ondergaan bewegingsveranderingen. REFLECTIE
?
VERKLARING
Er is een kracht die inwerkt op de mok en de sleutel. a
Die kracht is een …
x trekkracht £
£ duwkracht
b
Die kracht zorgt voor een …
x bewegingsverandering £
£ vormverandering
1 HOE KOMEN KRACHTEN VOOR OP ONZE AARDE?
145
3
O ONDERZOEKSVRAAG Welke verandering ondergaat een blikje als je er zacht of hard in knijpt?
V
HYPOTHESE
BENODIGDHEDEN
leeg blikje
U
WERKWIJZE
1
Knijp zacht in het blikje en laat los.
2
Knijp hard in het blikje en laat los.
3
Vergelijk de krachten die werden uitgeoefend op het blikje en hun effect.
WAARNEMING
R
1
Het blikje vervormt …
niet / tijdelijk / blijvend
2
Het blikje vervormt …
niet / tijdelijk / blijvend
3
De kracht uitgeoefend op het blikje is … Het effect van de kracht is …
grootst in werkwijze 1 / grootst in werkwijze 2 grootst in werkwijze 1 / grootst in werkwijze 2
BESLUIT
Hoe harder je in het blikje knijpt, hoe groter de vormverandering. REFLECTIE
?
VERKLARING
Er is een kracht die inwerkt op het blikje. a
Die kracht is een …
£ trekkracht
x duwkracht £
b
Die kracht zorgt voor een …
£ bewegingsverandering
x vormverandering £
Wat is een kracht? • Kracht is een grootheid die weergeeft op welke manier: - er aan een voorwerp wordt getrokken (trekkracht); - er tegen een voorwerp wordt geduwd (duwkracht). • Een kracht kun je niet zien, maar wel de gevolgen (effecten) ervan: - een bewegingsverandering, die een versnelling, een vertraging of een richtingsverandering is; - een vormverandering, die tijdelijk of blijvend is. • Hoe groter de kracht op het voorwerp, hoe groter het effect ervan.
146
THEMA 4 KRACHTEN
1.2 4
Welke soorten krachten zijn er? •
Bekijk de cartoon en vul in. Kies uit: trekkracht – zwaartekracht – wrijvingskracht – duwkracht.
soorten krachten Wanneer de poetsvrouw de zwabber vooruit beweegt, gebeurt dat door een …
duwkracht
Wanneer de poetsvrouw de zwabber achteruit beweegt, gebeurt dat door een …
trekkracht
Wanneer de spons van de poetsman naar beneden valt, gebeurt dat door de …
zwaartekracht
Wanneer de poetsvrouw antislipschoenen draagt, voorkomt ze dat ze uitglijdt door een grotere …
wrijvingskracht
•
Kruis aan wanneer de kracht werkzaam is.
•
Markeer het voorwerp dat de kracht uitoefent in het groen.
•
Markeer het voorwerp waarop de kracht inwerkt in het roze. de kracht is werkzaam … De hand oefent een trek- of duwkracht uit op de zwabber.
x enkel als er contact is tussen de £ voorwerpen £ ook als er geen contact is
De spons valt naar beneden door de zwaartekracht van de aarde.
£ enkel als er contact is tussen de voorwerpen x ook als er geen contact is £
De antislipzool oefent meer wrijvingskracht uit op de gladde vloer.
x enkel als er contact is tussen de £ voorwerpen £ ook als er geen contact is
1 HOE KOMEN KRACHTEN VOOR OP ONZE AARDE?
147
Welke soorten krachten zijn er? • Een kracht wordt uitgeoefend door een voorwerp op een voorwerp. • Duwkracht en wrijvingskracht beschrijven hoe op een voorwerp geduwd kan worden. - Duwkracht is een voorwaartse kracht; wrijvingskracht is een tegenwerkende kracht. - Voor beide krachten is er een rechtstreeks contact tussen beide voorwerpen nodig. • Trekkracht en zwaartekracht beschrijven hoe aan een voorwerp getrokken kan worden. - Zwaartekracht is een trekkracht van een hemellichaam op een voorwerp. - Voor zwaartekracht is er geen rechtstreeks contact nodig, voor de meeste trekkrachten wel.
1
Oefeningen Hoe komen krachten voor op onze aarde? 1.1 Wat is een kracht? 1.2 Welke soorten krachten zijn er?
5
•
Kruis aan wat je kunt zien. £ een kracht
•
x de gevolgen van een kracht £
Kruis aan wat mogelijke gevolgen van een kracht zijn. £ een kleurverandering x een vormverandering £
6
oefeningen 5 en 7 oefeningen 6, 8 en 9
x een bewegingsverandering £ £ een stofomzetting
Benoem de krachten die werkzaam zijn om deze sporters van positie A naar B te laten veranderen.
B
A
A
B
duwkracht
zwaartekracht
A
A
trekkracht 148
THEMA 4 KRACHTEN
B
duwkracht
B
7
Kruis het gevolg van de kracht aan. vormverandering
bewegingsverandering
tijdelijk blijvend versnelling
vertraging
Een fietser remt hevig.
x
Een keeper vangt een bal met beide handen.
x
Je staat met z’n vijven op een trampoline.
richtings verandering
x x
Een kogel wordt afgevuurd. Een bol plasticine werd plat geduwd.
x x
Een autobestuurder draait aan zijn stuur. Een kind start de afdaling van een glijbaan. Een brief wordt in stukken gescheurd.
8
x x
Noteer de kracht waarvan je de uitwerking ziet. soort kracht
9
Met een golfclub wordt tegen een golfballetje geslagen.
duwkracht
Het water van de Niagarawatervallen valt 60 m naar beneden.
zwaartekracht
Je opent de deur van een auto aan de buitenkant.
trekkracht
Ik druk op de deurbel.
duwkracht
Bruine zeep maakt een waterglijbaan extra glad.
wrijvingskracht
Het ruwe oppervlak van schuurpapier verwijdert verf.
wrijvingskracht
Een schoonspringer duikt van een 20 m hoge springplank.
zwaartekracht
Lees de tekst en beantwoord de vragen. Tijdritmateriaal Na de overwinning van Greg LeMond in de afsluitende tijdrit van de Tour de France in 1989 veranderde er veel in de fietswereld. Iedereen verklaarde LeMond gek met zijn vreemde fiets, maar de speciale tijdritfietsen zijn nu niet meer uit het wielercircuit weg te denken. Er is een aerodynamische winst dankzij een opzetstuur, een driespaakswiel vooraan en een dicht wiel achteraan, een snelpak, een tijdrithelm en een fiets met een tijdritframe. Vooral de helm en het wiel vallen op. Alles bij elkaar is er met zulke aanpassingen ongeveer 22 à 24 % minder luchtweerstand. Dat houdt in dat als je met een racefiets 40 km/h kunt halen, dat met een tijdritfiets 43 tot 44 km/h wordt. a
Welke kracht wordt hier zo klein mogelijk gehouden? wrijvingskracht
b
Waardoor wordt die kracht op de fietser veroorzaakt? lucht
1 HOE KOMEN KRACHTEN VOOR OP ONZE AARDE?
149
10
•
Noteer de kracht waarvan je duidelijk de uitwerking ziet.
•
Kruis aan. B
A
Husky’s trekken een slee Soort kracht: trekkracht uitgeoefend door de … £ slee x slee op de … £
Soort kracht: zwaartekracht
x honden £ £ honden
Het zichtbare gevolg van de kracht is een … £ vormverandering
Regendruppels vallen naar beneden
x bewegingsverandering £
C
x aarde uitgeoefend door de … £ op de … £ aarde
Het zichtbare gevolg van de kracht is een … £ vormverandering
Soort kracht: zwaartekracht uitgeoefend door de … £ maan x maan op de … £
x aarde £ £ aarde
Het zichtbare gevolg van de kracht is een … £ vormverandering
x bewegingsverandering £
E
Bompa duwt bompie vooruit Soort kracht: duwkracht
x handen £ winkelkar uitgeoefend door de … £ x winkelkar op de … £ handen £ Het zichtbare gevolg van de kracht is een … £ vormverandering
x bewegingsverandering £
F
Een parachute vertraagt de val Soort kracht: wrijvingskracht
x lucht uitgeoefend door de … £ op de … £ lucht £ vormverandering
Een expander werd uitgerekt Soort kracht: trekkracht
£ parachute x parachute £
Het zichtbare gevolg van de kracht is een …
THEMA 4 KRACHTEN
x bewegingsverandering £
D
De maan draait rond de aarde
150
£ regen x regen £
x bewegingsverandering £
uitgeoefend door de … £ expander x expander op de … £
x handen £ £ handen
Het zichtbare gevolg van de kracht is een …
x vormverandering £
£ bewegingsverandering
11
•
Bekijk de fietssnelheden van fietsers die dezelfde kracht leveren bij wind mee en wind tegen.
22,4 km/h
16,9 km/h Moderne stadsfiets
27,5 km/h
26,5 km/h Sportieve ligfiets
26,7 km/h
24,7 km/h Elektrische fiets
24,7 km/h
18,2 km/h Sportieve tourfiets
20,7 km/u
26,3 km/u Racefiets
•
Beantwoord de vragen a
Welke kracht moeten de fietsers leveren om vooruit te komen? duwkracht
b
Met welke fiets kun je het snelst fietsen? een sportieve ligfiets
c
Welke kracht is groter bij wind tegen? wrijvingskracht
d
Waarom kun je met een sportieve ligfiets toch grotere snelheden halen dan met een racefiets? Een ligfiets zorgt voor minder wrijvingskracht met de lucht.
•
Kruis aan hoe de snelheid nog beïnvloed kan worden. je fietst door zand in plaats van op asfalt Je zult hierdoor …
12
£ sneller fietsen x trager fietsen £
je fietst bergaf Je zult hierdoor …
x sneller fietsen £ £ trager fietsen
De snelheid wordt beïnvloed door …
De snelheid wordt beïnvloed omdat …
£ een grotere wrijvingskracht van de lucht x een grotere wrijvingskracht van de grond £
£ je tegen de zwaartekracht inrijdt x je met de zwaartekracht meerijdt £
•
Test gelijke magneetpolen (N-N of Z-Z) en verschillende magneetpolen (N-Z) op elkaar.
•
Noteer je waarneming.
•
Leg uit wat het magnetisch veld is.
1 HOE KOMEN KRACHTEN VOOR OP ONZE AARDE?
151
2 1
Hoe wordt een kracht voorgesteld? •
Bekijk hoe twee treinen langs elkaar het station uit rijden.
•
Beantwoord de vragen. a
Welke kracht oefent elke locomotief uit op de achterliggende wagon? een trekkracht
b
Welke trein verlaat het station aan de linkerkant? de blauwe
c
Welke trein verlaat het station aan de rechterkant? de rode
d
Hoe wordt dit voorgesteld? door de pijlpunt De kant die de trein uit rijdt, is de zin. Die wordt voorgesteld door de pijlpunt.
e
Hoeveel richtingen kan de rode trein uit dankzij de spoorwissel? 2
f
Hoeveel richtingen kan de blauwe trein uit dankzij de spoorwissel? 3 De sporen geven de richting aan. Die wordt voorgesteld door de lijn van de pijl. Sporen die parallel lopen, hebben dezelfde richting.
2
•
Bekijk hoe twee locomotieven een trekkracht uitoefenen op dezelfde wagon. De grootte van de kracht wordt voorgesteld door de lengte van de pijl.
•
Omcirkel de plaatsen waar elke locomotief aan de wagon werd gekoppeld. Dat is het aangrijpingspunt en wordt voorgesteld door een punt aan het begin van de pijl.
F = 20 N •
Kruis aan. a
152
F = 30 N
Voor beide locomotieven is … het aangrijpingspunt van de trekkracht op de wagon … de grootte van de inwerkende kracht … de richting … de zin …
£ dezelfde £ dezelfde x dezelfde £ £ dezelfde
x verschillend £ x verschillend £ £ verschillend x verschillend £
b
Welke locomotief oefent de grootste trekkracht uit?
£ de groene
x de roze £
c
In welke zin zal de wagon uiteindelijk bewegen?
£ naar links
x naar rechts £
THEMA 4 KRACHTEN
3
•
Zet een markeerstift rechtop en voer de opdrachten uit.
•
Kruis de waarneming aan. a
Duw zachtjes tegen de onderkant van de stift.
x blijft rechtop staan en verschuift £ £ valt weg van je vinger £ valt naar je vinger toe
De markeerstift …
b
Duw kort en krachtig tegen de onderkant van de stift. De markeerstift …
c
£ blijft rechtop staan en verschuift £ valt weg van je vinger x valt naar je vinger toe £
Duw kort en krachtig tegen de bovenkant van de stift. De markeerstift …
•
£ blijft rechtop staan en verschuift x valt weg van je vinger £ £ valt naar je vinger toe
Kruis aan welke opdracht wordt voorgesteld door een vector (rode pijl).
"
F
"
"
F Opdracht … •
•
£ a
x b £
F £ c
Opdracht …
x a £
£ b
£ c
Opdracht …
£ a
£ b
x c £
Vergelijk de krachten die voorgesteld worden door een vector (rode pijl) en kruis aan. de duwkrachten in opdracht a en b hebben …
de duwkrachten in opdracht a en c hebben …
x = richting £ x = zin £ £ = grootte x = aangrijpingspunt £
x = richting £ x = zin £ £ = grootte £ = aangrijpingspunt
£ ≠ richting £ ≠ zin x ≠ grootte £ £ ≠ aangrijpingspunt
£ ≠ richting £ ≠ zin x ≠ grootte £ x ≠ aangrijpingspunt £
Verbind de kenmerken van een vector met hun betekenis. kenmerken vector
betekenis
aangrijpingspunt
De rechte waarlangs de kracht werkt. Dit kan horizontaal, verticaal of schuin zijn.
richting
Naar welke kant de kracht zijn uitwerking heeft: naar links of rechts, naar boven of onderen … Dit wordt weergegeven door de pijlpunt.
zin
Het punt waar de kracht inwerkt op het voorwerp.
grootte
Hoe groot de kracht is. Dit wordt weergegeven door de lengte van de pijl.
2 HOE WORDT EEN KRACHT VOORGESTELD?
153
4
•
Lees de tekst en beantwoord de vragen. De zwaartekracht van de aarde werkt in op de olifant (m = 5 400 kg). Hierdoor blijft hij op het aardoppervlak staan. Ook op afstand werkt de zwaartekracht. Een vliegtuig (m = 150 000 kg) valt daarom richting aarde, wanneer de motoren worden uitgezet. Satellieten (m = 100 kg) zitten aan de rand van het zwaartekrachtsveld, waardoor ze rondom de aarde blijven cirkelen, maar er niet op vallen. De zwaartekracht op een voorwerp wordt " voorgesteld door een pijl met F erbij, een vector. Het aangrijpingspunt van de zwaartekracht is het zwaartepunt, deze ligt centraal in het voorwerp.
a
Wat is de zin van de zwaartekracht die inwerkt op de drie voorwerpen? De zin is altijd naar het middelpunt van de aarde.
b
Wat gebeurt er met de zwaartekracht als de massa waarop die inwerkt groter is? Hoe groter de massa, hoe groter de zwaartekracht.
c
Waar ligt het aangrijpingspunt van de zwaartekracht op een voorwerp? in het zwaartepunt, centraal in het voorwerp Hoe wordt een kracht voorgesteld?
zin
" • Krachten stel je voor met een vector (F ). Op een tekening is dat een pijl. • Een kracht wordt gekenmerkt door een - aangrijpingspunt; - richting; - zin; - grootte. Verandert een van die kenmerken, dan kan het gevolg van de kracht ook veranderen.
richting
F
grootte aangrijpingspunt
Hoe noteer je een kracht? • Het symbool voor de grootheid kracht is F. De hoofdeenheid van kracht is newton (N). grootheid F
kracht
meettoestel dynamometer
154
THEMA 4 KRACHTEN
SI-eenheid newton
N
2
5
6
Oefeningen Noteer het nummer van de krachten bij de vector. 1
" F water op bal
2
" F hand op bal
3
" F aarde op bal
1 2 3
•
Noteer de soort kracht.
•
Kruis de kracht aan die wordt voorgesteld.
A
B
C
F
F
F
trekkracht
duwkracht
wrijvingskracht
£ kracht van de moeder op het kind x kracht van het kind op de £ moeder
x kracht van de man op de £ grasmaaier £ kracht van de grasmaaier op de man
x kracht van de grond op de £ wielen £ kracht van de wielen op de grond
D
E
F
F
F
F
wrijvingskracht
£ kracht van de fietser op de lucht x kracht van de lucht op de £ fietser
trekkracht
x kracht van de jongen op de £ hond £ kracht van de hond op de jongen
zwaartekracht
£ kracht van de vis op de aarde x kracht van de aarde op de £ vis
2 HOE WORDT EEN KRACHT VOORGESTELD?
155
7
•
Noteer de soort kracht.
•
Vul de kenmerken van de kracht in. Kies uit: zin – aangrijpingspunt – grootte – richting.
kracht van het racket op de bal: duwkracht A
richting
schuin
grootte
F = 40 N
aangrijpingspunt
contactplaats raket - bal
zin
naar rechtsboven
kracht van de handen op de auto: duwkracht B
8
grootte
F = 500 N
zin
naar links
richting
horizontaal
aangrijpingspunt
contactplaats hand - auto
Een zieke boom moet omgehakt en neergetrokken worden, zodat hij niet op het huis valt. •
Kies het juiste aangrijpingspunt en teken het touw tussen de man en de boom.
•
Teken de kracht als vector op het touw in het rood. De grootte van de kracht is 400
legende: 1 cm 100 N
156
THEMA 4 KRACHTEN
9
Markeer de vector van de kracht die beschreven wordt. A
B
Kracht van de hand op de boog
10
•
C
Kracht van de aarde op het vallende blad
Bekijk de tekeningen en beantwoord de vragen.
Gewone schoen
11
Kracht van de tafel op de vaas
Voetbalschoen
Schaats
a
Welke kracht oefent de grond uit op de schoenen? wrijvingskracht
b
Veroorzaakt die tegenwerkende kracht een vertraging of een versnelling? vertraging
c
Wat stellen de punten A, B en C op de tekening voor? het aangrijpingspunt
•
Teken de tegenwerkende kracht op de voetbalschoen en de schaats.
•
Teken de tegenwerkende kracht op de voetbalschoen dubbel zo groot als op de gewone schoen.
•
Teken de tegenwerkende kracht op de schaats half zo groot als op de gewone schoen.
•
Omcirkel het mannetje dat dit spelletje touwtrekken zal winnen.
•
Kruis aan. a
De grootte van de twee krachten is …
x verschillend £ gelijk £ b
De richting van de twee krachten is …
x gelijk £ verschillend £ c
De zin van de twee krachten is …
x verschillend £ gelijk £ d
Het aangrijpingspunt van de twee krachten is …
x gelijk £ verschillend £ 12
Bepaal het zwaartepunt op je geodriehoek door die te laten balanceren op je vinger. Teken je geodriehoek na en bepaal het zwaartepunt aan de hand van de zwaartelijnen.
2 HOE WORDT EEN KRACHT VOORGESTELD?
157
Beroepen en ik 1
•
Lees de tekst. Sinds de mens op aarde rondloopt probeert hij meer te weten te komen over de aarde, de ruimte en alles wat er rond hem gebeurt. Vaak botst hij hierdoor op problemen of behoeften die opgelost moeten worden. Zo zijn bijvoorbeeld het wiel en later de fiets en de auto uitgevonden. Al eeuwenlang proberen wetenschappers ook bepaalde natuurverschijnselen te verklaren of zelf te voorspellen. Hiervoor is wetenschappelijke kennis nodig. De kennis is vandaag de dag zo uitgebreid dat deze zich strekt over verschillende domeinen. Tot de natuurwetenschappen behoren biologie, fysica en chemie. We leven in een maatschappij die snel verandert. Het is dus belangrijk dat we snel inspelen op de noden en behoeften in verband met energie, ecologie, gezondheid, vergrijzing, duurzaamheid, communicatie, mobiliteit, klimaat … Personen met een STEM-beroep helpen naar het zoeken van oplossen voor deze maatschappelijke problemen. STEM is een letterwoord dat staat voor Science (wetenschappen), Technology (techniek), Engineering (ontwerpen) en Mathematics (wiskunde). Personen met een STEM-beroep hebben een opleiding gevolgd om deze kennis en vaardigheden onder de knie te krijgen. Deze passen ze vaak gecombineerd toe in hun job.
•
Noteer de betekenis van elke component in het letterwoord STEM.
wetenschappen
techniek
1. analyseren en beschrijven
6. ontwerp testen en evalueren
5. ontwerp realiseren
158
THEMA 4 KRACHTEN
ontwerpen
wiskunde
2. programma van eisen opstellen
3. (deel)uitwerkingen bedenken
4. ontwerpvoorstel formuleren
•
Noteer het STEM-beroep. Kies uit: pc-technicus – laborant – kapitein – lasser – astronaut – meteoroloog – geluidstechnicus – archeoloog – arts – boswachter – landmeter – dierenarts.
laborant
arts (gynaecoloog)
astronaut
archeoloog
dierenarts
boswachter
meteoroloog
pc - technicus
kapitein
lasser
geluidstechnicus
landmeter
BEROEPEN EN IK
159
•
Kleur de vaardigheden en kennis van het STEM-beroep volgens de componenten. Legende: STEM - componenten ¢ ¢ ¢ ¢
wetenschappelijke component technische component ontwerp component wiskundige component tandarts - orthodontist
£ kent de bouw van het gebit en geeft tips voor een goede tandhygiëne £ hanteert vlot een tandboor £ ontwerpt beugeldraad om de tanden in de juiste positie te verplaatsen. £ maakt tandafdrukken en past kunstgebitten aan de vorm van de mond van de patiënt aan £ berekent de hoeveelheid verdovingsmiddel volgens de leeftijd van de patiënt architect £ £ £ £
ontwerpt een maquette voor een nieuwe woning maakt met tekenprogramma’s technische tekeningen maakt berekeningen voor de stabiliteit van een gebouw geeft advies in verband met isolatiemateriaal voor renovatie van een woning
game-ontwikkelaar £ houdt rekening met de fysische wetten zoals zwaartekracht, snelheid, beweging, … zodat het spel realistisch verloopt. £ bedenkt een scenario waarin de game zich afspeelt £ berekent de verschillende posities van de figuren, acties … in het spel £ is technisch vaardig met computers
landbouwer £ houdt nauwkeurig bij hoeveel melk elke koe dagelijks produceert en verwerkt deze tot een duidelijke grafiek. £ kent de zaaiperiode van elke plant en de diversiteit aan zaden binnen elke soort. £ weet hoe om te gaan met de diverse machines in zijn machinepark, zoals de tractor, ploeg, dorsmachine, pootmachine, melkmachine ... £ tekent tijdens de winterperiode een 'akkerplan' waarop er een verdeling in percelen komt en welke gewassen hij hierop wil zaaien.
160
THEMA 4 KRACHTEN
2
Space lander mission! Ooit was het ondenkbaar … maar we doen het nu wel: we vliegen naar Mars en landen er met robots. Een knap staaltje van weldoordacht ingenieurschap! Hoewel het maar 7 minuten duurt om op Mars te landen, duurt het minstens 14 minuten voordat een signaal van het ruimtevaartuig de aarde bereikt: zo ver is Mars van ons verwijderd. Dus als we bericht krijgen dat de landing werd ingezet, is het voertuig eigenlijk al minstens 7 minuten geland ... of neergestort op het oppervlak. Zo’n Marslanding wordt daarom ook wel de ‘7 minuten van terreur' genoemd. Tijdens zo’n Marslanding moet het ruimtevaartuig van 21 000 km/h afremmen naar 0 km/h en dat perfect uitgevoerd: in de juiste volgorde, de timing moet kloppen … De computer aan boord moet de landing helemaal alleen doen, zonder hulp vanaf de aarde. Eén foutje en de reis van 8 maanden is verloren. Wanneer het ruimtevaartuig de atmosfeer van Mars binnenvliegt, is er zoveel wrijvingskracht dat het hitteschild rondom de raket opwarmt tot bijna 900 °C. De snelheid van het ruimtevaartuig onder controle krijgen is de andere grote uitdaging. De wrijvingskracht van de atmosfeer rond Mars zorgt wel voor een vertraging tot 1 700 km/h, maar dat is natuurlijk nog veel te snel om te landen. Daarom wordt een parachute gebruikt. Die parachute is de grootste en sterkste supersonische parachute die ooit werd gebouwd. Hij moet maar liefst een kracht van 290 000 N weerstaan! Ook al weegt de parachute zelf maar 45 kg, bij het opengaan moet hij een vertragend effect van wel 9 G-kracht (een negen keer zo grote kracht als de zwaartekracht op aarde) aankunnen. Op dat moment moet ook het hitteschild eraf, omdat dat het zicht van de radar blokkeert. Die radar moet dan de precieze hoogte en snelheid meten om de landing van het ruimtevaartuig voor te bereiden. Ondertussen is zijn snelheid gedaald tot 320 km/h, maar dat is nog niet langzaam genoeg om te kunnen landen. De parachute wordt daarom afgesneden en de raketmotoren worden aangezet. Eerst moet de parachute worden ontweken door onmiddellijk schuin weg te vliegen. Daarna scant de radar het Marsoppervlak om de landingsplek te bepalen. De raketmotoren kunnen niet gebruikt worden tot op het allerlaatste moment om een enorme stofwolk te vermijden. Dat stof zou het mechanisme van de Marsrobot kunnen beschadigen. Dit probleem wordt opgelost door de robot langs een ketting van 20 meter naar beneden te takelen. De wielen klappen hierbij uit en wanneer de robot de grond raakt, wordt de ketting verbroken en vliegt het landingsmechanisme weg. Als alles verliep zoals gepland, dan staat de Marsrobot nu veilig op Mars. Na 14 minuten weten ze op aarde of de Marslanding is gelukt. •
Zoek online naar 'beroepen in de ruimtevaart' en beantwoord de vragen. a
Hoe heet een Amerikaanse ruimtevaarder? een astronaut
b
Welke vier bemanningsleden gaan aan boord van een ruimtevaartuig? commandant - piloot - mission specialist - payload specialist
c
Welke vier andere beroepen helpen vanop aarde actief mee aan een succesvolle ruimtereis? ingenieurs, ontwerpers, technici, computerspecialisten
d
Zou jij later een job in de ruimtevaartsector willen? In welke functie zie je jezelf dan? eigen antwoord
BEROEPEN EN IK
161
•
Lees de tekst en volg de stappen van de ontwerpcyclus. De eerste mensen die op de maan landden, namen een groot risico. De maan is namelijk bedekt met een laag fijn stof en niemand wist hoe diep die is. Zou het ruimteschip hierin wegzinken, dan werden ze levend begraven … Gelukkig bleek het maanoppervlak hard, met slechts een fijne laag stof erop. NASA had bovendien het ruimteschip voorzien van een schokabsorberend landingsgestel met uitvergrote landingskussens. Apollo 11 zakte hierdoor niet meer dan 5 cm in het fijne stof dat de maan bedekt. Missie geslaagd!
1
Analyseren en beschrijven Ontwerp, bouw en test je eigen ‘space lander’ volgens de ontwerpcyclus. Hiermee moeten twee astronauten in een open capsule veilig landen.
2
Programma van eisen Ontwerp een schokabsorberend landingsgestel dat zorgt voor een zachte landing van je ‘space lander’. • Het landingssysteem moet de schok van de landing kunnen absorberen en ervoor zorgen dat de open capsule (open plastic beker) niet omvalt en de astronauten (twee marshmallows) er niet uit vliegen. • Je zult je ontwerp moeten testen vanop 30 cm hoogte.
3
Uitwerkingen bedenken (timing minuten) • Hou een brainstorm vanuit verschillende invalshoeken over het gebruik van de materialen (plastic beker – papier – karton – schaar – lijm – plakband – rietjes – wattenschijfjes). Denk hierbij na over volgende vragen: a b •
4
162
Hoe bouw je een schokabsorberend landingsgestel met deze materialen? Welke materialen werken schokabsorberend of kun je schokabsorberend maken?
Bespreek hoe je kan zorgen voor een stabiele landing, zonder dat de beker omvalt?
Ontwerpvoorstel formuleren (timing minuten) • Maak hier een ontwerp (tekening) van jouw prototype. • Kies er met je groep het beste prototype uit.
THEMA 4 KRACHTEN
5
Ontwerp realiseren (timing minuten) • Bouw je valsysteem. • Ga stapsgewijs te werk en hou je aan de voorziene tijd.
6
Ontwerp testen en evalueren (timing minuten) • Plaats de astronauten (twee marshmallows) in de open capsule (plastic beker). • Test het ontwerp van je space lander door deze vanop een hoogte van 30 cm los te laten. • Film je space lander in werking zodat je de beelden kan herbekijken en analyseren. • Beantwoord volgende vragen na het uitvoeren van de test. a
Werkte je space lander goed, welke aanpassingen kun je doen om je ontwerp verder te verfijnen zodat hij ook vanop een grotere hoogte succesvol kan landen? eigen antwoord
b
Werkte je space lander niet, omschrijf het probleem van je landingssysteem. eigen antwoord
c
Hoe kun je je ontwerp bijsturen zodat een geslaagde landing toch mogelijk is? eigen antwoord
• • •
Voer met de hele klas de officiële test uit vanop 30 cm hoogte en maak een eindevaluatie. Houd een wedstrijd om te zien welke ‘space lander’ vanop de grootste hoogte een geslaagde landing maakt. Noteer wat je leerde van het ontwerp van de andere groepjes. eigen antwoord
•
Noteer welke energievormen en krachten in dit STEM-project voorkomen. a
De energie van een vallende space lander is kinetische energie.
.
b
De energie van de ingedrukte schokdemper na landing is potentiële energie
.
c
De kracht die de space lander doet vallen is de zwaartekracht
.
d
De kracht die de space lander tijdens zijn val wat afremt is de wrijvingskracht
.
Check out onderzoeksvraag
Waarom kun je met een zelfgemaakte fietspompraket niet naar de maan? besluit De zwaartekracht en de wrijvingskracht van de lucht zijn te groot ten opzichte van de duwkracht van de zelfgemaakte raket. Die krachten hebben een afremmend effect op de snelheid van de raket. Hoe hoger de raket vliegt, hoe trager hij vliegt tot stilstand in de lucht, om vervolgens terug neer te vallen
BEROEPEN EN IK
163
Samenvatting •
Vul in
•
Voor de ingevulde samenvatting, kijk op Scoodle.
een verandering van vorm
een verandering van beweging
-
-
tijdelijk blijvend
versnelling vertraging richtingsverandering
gevolgen van krachten grootheid:
KRACHT door een voorwerp op een voorwerp
kracht ( F ) eenheid: newton (N)
soorten krachten die beschrijven op welke manier …
er geduwd wordt op een kracht:
er getrokken wordt aan een kracht:
- duwkracht wrijvingskracht
- trekkracht zwaartekracht
" Krachten worden voorgesteld als (F ), een vector die voorgesteld wordt door een pijl met volgende kenmerken: aangrijpingspunt richting zin grootte
F = 100 N
164
THEMA 4 KRACHTEN
Leren leren Begrijp ik deze begrippen? £ de kracht
p. 146
£ de vector
p. 154
£ de bewegingsverandering
p. 146
£ het aangrijpingspunt
p. 154
£ de vormverandering
p. 146
£ de richting
p. 154
£ de duwkracht
p. 148
£ de zin
p. 154
£ de wrijvingskracht
p. 148
£ de grootte
p. 154
£ de trekkracht
p. 148
£
£ de zwaartekracht
p. 148
£
Hoe kan ik dit thema studeren? £ Som op welke twee gevolgen een kracht kan veroorzaken. £ Leg het verband tussen de grootte van de kracht en zijn zichtbare effect uit. £ Leg uit welke vorm- en bewegingsveranderingen een voorwerp kan ondergaan door een kracht. £ Som de vier soorten krachten op en geef een voorbeeld van elk. £ Geef met een voorbeeld weer hoe een kracht wordt uitgeoefend door een voorwerp op een voorwerp. Doe dat voor elke soort kracht. £ Leg uit hoe een kracht wordt voorgesteld met een vector. £ Som de vier kenmerken van een krachtvector op. £ Leg uit wat het verschil is tussen de richting en de zin van een vector. £ Teken in een gegeven voorbeeld de kracht als een vector. £
LEREN LEREN
165