ONDERZOEK NATUURKUNDE LUC BAAUW
TEON BEIJL
4C
JBR
MITCHELL MAC-LEAN 05-06-09
DE INVLOED VAN VERSCHILLENDE AFSCHIETHOEKEN OP DE VLUCHT AFSTAND VAN EEN
VLIEGTUIGJE
INHOUD ONDERZOEK NATUURKUNDE
Voorwoord
03
Theorie, onderzoeksvraag en hypothese
04
Uitvoering
06
Resultaten
08
Conclusie
09
Slot
10
2
VOORWOORD ONDERZOEK NATUURKUNDE
Voor het vak natuurkunde kregen we de opdracht om een onderzoek te doen. We kozen ervoor om een onderzoek te doen met een modelvliegtuigje. We wilden weten of verschillende afschiethoeken invloed hadden op de vlucht van het vliegtuigje. In dit verslag is te zien hoe we de proef hebben uitgevoerd, wat voor materialen en voorwerpen we nodig hadden, wat de resultaten zijn, of onze verwachting klopte en wat de ideale afschiethoek is. Luc, Teon en Mitchell
3
THEORIE, ONDERZOEKSVRAAG EN HYPOTHESE ONDERZOEK NATUURKUNDE
Theorie Krachten Op het vliegtuigje zijn 4 krachten werkzaam: neerwaartse, opwaartse ,voorwaartse en achterwaartse kracht. Samen zorgen deze krachten ervoor dat het vliegtuigje kan vliegen en niet gelijk naar beneden tuimelt. Neerwaartse kracht De neerwaartse kracht wordt door alles ondervonden. We noemen het ook wel de zwaartekracht. Alles wordt naar de aarde toe getrokken. Dus je zou verwachten dat het vliegtuigje naar beneden valt. maar omdat er nog drie krachten spelen blijft het vliegtuigje in de lucht en gaat het zelfs vooruit. Opwaartse kracht Door de oppervlakte van de vleugels ondervindt het vliegtuigje weerstand van de lucht. Deze weerstand duwt het als het ware omhoog en compenseert de neerwaartse kracht. het kan zelf zo zijn dat de opwaartse kracht groter is dan de neerwaartse kracht en het vliegtuig omhoog gaat. Voorwaartse kracht Dit is de kracht die het vliegtuig krijgt van zijn propeller of straalmotor. In ons experiment wordt de voorwaartse kracht door het ’’afschietstation’’ geproduceerd. Achterwaartse kracht Deze kracht kun je ook vertalen met luchtweerstand. Het vliegtuigje ondervindt weerstand van de lucht van voren. De achterwaartse kracht zorgt ervoor dat de voorwaartse kracht na een tijdje wordt opgeheven en het vliegtuigje uiteindelijk toch naar benden valt.
4
Theorie over het lanceerplatform Het lanceerplatform dat wij bij dit onderzoek hebben gebruikt hebben we zelf gemaakt, de materialen die hierbij zijn verwerkt zijn: -hout -elastiek -metalen ringen -spijkers en houtlijm voor bevestiging Van deze materialen zijn verschillende onderdelen gemaakt voor het platform, de bewegende onderdelen zijn gemaakt van elastiek en hout, van hout hebben we namelijk de ‘shuttle’ gemaakt die het vliegtuigje voorstuwt, en die ‘shuttle’ wordt weer aangedreven door elastieken. Het elastiek was van groot belang voor de werking van ons experiment, dus was het belangrijk dat de lengtes even lang zijn, zodat de kracht gelijkmatig wordt verdeeld. Onderzoeksvraag: Hebben verschillende hoeken waarmee het vliegtuigje wordt afgeschoten invloed op de vluchtafstand? Wat voor invloed? Hypothese We verwachtten sowieso dat verschillende afschiethoeken invloed zouden hebben op de vlucht van het vliegtuigje. We dachten dat het vliegtuigje met een afschiethoek van 45 graden de beste zou vliegen en dus de langste vlucht zou maken.
5
UITVOER ONDERZOEK NATUURKUNDE
Uitvoer Om deze proef uit te voeren, moest er een vliegtuigje zijn om te gooien. Ons eerste idee was om de proef te gaan uitvoeren met een papieren vliegtuigje. Dit was niet nauwkeurig genoeg, omdat het vliegtuigje met elke worp en vlucht een beetje van vorm zou veranderen. Daarom hebben we ook een steviger vliegtuigje gemaakt. Om een vliegtuigje te laten vliegen, moest het vliegtuigje wel een bepaalde kracht meekrijgen om hem snelheid te geven, wat noodzakelijk is om te vliegen. Deze kracht kun je bijvoorbeeld met je hand aan het vliegtuigje geven door te gooien. Omdat het niet erg nauwkeurig is om met de hand te gooien, hebben we besloten om een ‘afschietstation’ te maken (zie benodigdheden). Benodigdheden Afschietstation Ondergrond We begonnen met een ondergrond. Hier moest alles op komen te staan dat er voor zou zorgen om het vliegtuigje te laten vliegen. We maakten de ondergrond van een stuk/plaat hout. Geleiders Omdat het vliegtuigje uiteindelijk goede en betrouwbare vluchten moest gaan maken, maakten we geleiders. In deze geleiders zou het vliegtuigje dan gezet worden. Ze zouden er bij het afschieten voor zorgen dat het vliegtuigje recht werd gelanceerd, zodat de vlucht perfect en betrouwbaar zou zijn. Wij verstonden onder een perfecte vlucht dat het vliegtuigje in de goede richting werd afgeschoten en dat de vleugels van het vliegtuigje horizontaal zouden
6
liggen. We maakten deze geleiders van koperen staafjes. Op de uiteinden ervan bogen we de staafjes, zodat er een hoek ontstond. Deze hoekjes werden gemaakt om de staafjes goed aan de houten ondergrond te bevestigen. Zo maakten we vier geleiders. Twee waren er nodig om het vliegtuigje in de goede richting te lanceren en twee andere waren nodig om de vleugels te ondersteunen, zodat de vleugels van het vliegtuigje horizontaal in de lucht zouden hangen. Afschietslede Om het vliegtuigje af te schieten, was er een of andere manier nodig om het vliegtuigje snelheid te geven. We kwamen er na overleg op uit dat we het vliegtuigje het beste zouden kunnen duwen i.p.v. trekken. We wilden ons ‘afschietstation’ namelijk zo simpel mogelijk houden. Een afschietslede zou het vliegtuigje kunnen duwen door met de hierop bevestigde pinnetjes tegen de vleugels te duwen. De slede zou zijn kracht krijgen van elastiekjes. We kozen de meest geschikte elastiekjes uit en maakten ze vast aan de voorkant van het station en aan de slede. Met een veerunster zouden we de kracht van de uitgerekte elastiekjes in Newton af kunnen lezen. Na de elastiekjes bevestigd te hebben, brachten we ook nog geleiders aan op de slede. Deze geleiders zouden er dan voor zorgen dat de slede recht zou schieten en niet van de ondergrond zou schieten. Dit was namelijk belangrijk, omdat het vliegtuigje anders niet recht afgeschoten zou worden. Vliegtuigje Het vliegtuigje maakten we van een soort schuim. De rede dat we dit materiaal kozen, is omdat het goed verwerkbaar is en het een lage dichtheid heeft. De lage dichtheid van het materiaal zou er voor zorgen dat het vliegtuigje goed zou kunnen vliegen. Het vliegtuigje bestaat uit drie onderdelen: het middenstuk, de vleugels en de kleine vleugels bij de staart.
7
RESULTATEN ONDERZOEK NATUURKUNDE
Het afschietstation hebben we op twee krukken gezet, die een hoogte hadden van 54 cm. In de tabel hieronder staan de resultaten van de proef. We hebben de hoek gemeten door een geo-driehoek naast het afschietstation te houden. We hielden het afschietstation omhoog door onder aan de kant waar het vliegtuigje wegvloog boeken te leggen. We hebben het vliegtuigje voor elke hoek vier vluchten laten maken, zodat we daar het gemiddelde van konden. Dit zorgde namelijk voor meer nauwkeurigheid, dan als we het vliegtuigje bij elke hoek steeds maar een vlucht lieten maken. We hebben een tabel gemaakt met daarin de resultaten van de vlucht. We keken naar de lengte van de vlucht, per afschiethoek. In de tabel staan in de bovenste kolom de hoeken waarmee we het vliegtuigje hebben afgeschoten. In de eerste rij, vanaf de tweede kolom tot beneden, staat welke vlucht bij de meting hoort. De metingen zijn in meters. Tabel vluchtafstanden vliegtuigje afschieten met verschillende afschiethoeken. 0°
15°
25°
30°
45°
Worp 1
6,5
6,0
6,1
3,0
2,4
Worp 2
7,6
6,4
4,0
2,9
2,2
Worp 3
6,8
7,2
4,9
3,1
2,4
Worp 4
6,4
6,0
4,7
3,0
2,6
Gemiddelde
6,8
6,4
4,9
3,0
2,4
8
CONCLUSIE ONDERZOEK NATUURKUNDE
De hoeken waarmee het vliegtuigje werd afgeschoten heeft wel degelijk invloed gehad op de afstand die door het vliegtuigje werd afgelegd. Wanneer de hoek te groot was kwam het vliegtuigje tegen het plafond aan , wat redelijk laag hing, en stortte het neer. Als het plafond er niet was geweest waren de vluchten misschien langer geweest. Daarom kunnen we ook niet zomaar verder conclusies trekken over andere vliegtuigen. Omdat het platform op een hoogte van 54 cm was geplaatst gaven de kleinere hoeken een beter resultaat. 0 graden gaf zelfs het beste resultaat, waarschijnlijk omdat het vliegtuigje dan recht werd afgeschoten en beter door de lucht kon vliegen. Het vliegtuigje kon beter in de lucht blijven hangen/zweven door de beter luchtstroom, waardoor de vluchtafstand weer langer werd. Ik denk dat we de volgende conclusies wel kunnen trekken: -Een kleinere lanceerhoek op een verhoogd platform (54 cm) heeft een positieve invloed op de afstand die het vliegtuigje aflegt. -Een te grote lanceerhoek heeft als werking dat het vliegtuig (ons ontwerp) een meer verticale vlucht krijgt (niet getest zonder dak).
9
SLOT ONDERZOEK NATUURKUNDE
Aan het einde van de proef en het verslag gaan we even terugkijken en vooruit kijken. We gaan kijken wat goed ging en wat beter kon.
Terugblik Het onderzoek ging over het algemeen gezien wel goed. We hebben een afschietstation gemaakt, waardoor de proef nauwkeuriger werd. Nauwkeurigheid is namelijk heel belangrijk bij een proef. Ook maakten we een vliegtuigje van een soort schuim, dat steviger was dan een vliegtuigje van papier. Hierdoor vervormde het vliegtuigje niet na elke vlucht en werd de proef weer een stukje nauwkeuriger. Helaas hadden we niet genoeg tijd om het afschietstation, het vliegtuigje te maken en de proef te doen tijdens de lesuren. We gingen dus af en toe door in onze vrije tijd. Daar is verder niet veel verkeerds mee, maar aan de andere kant kon het er wel voor dat we sneller wilden werken en het werk minder netjes deden. Gelukkig hebben we gewoon de tijd genomen en hebben we een nauwkeurige proef gedaan. De proef ging goed. Ons schietstation werkte goed, net als het vliegtuigje. De metingen lagen dicht bij elkaar, wat liet zien dat de proef behoorlijk nauwkeurig was en de metingen betrouwbaar waren.
10
Vooruitblik Als we de proef nog een keer zouden moeten doen, zouden we moeten proberen de proef nog nauwkeuriger uit te voeren. Zo zullen de meetresultaten betrouwbaarder zijn. Een manier om voor nog meer betrouwbaarheid te zorgen is door langer de tijd te nemen om het vliegtuigje te maken, het afschietstation te maken en de proef te doen. Ook zouden we speelgoedvliegtuigjes kunnen kopen, zodat de vliegtuigjes perfect zijn en dus onder precies dezelfde omstandigheden zullen vliegen. Een ander punt waar verbetering mogelijk is, is beschikbare ruimte. Toen we de proef uitvoerden, was er wel eens het probleem dat we een te kleine ruimte hadden. Volgende keer zullen we de proef dus moeten uitvoeren in een grotere, eveneens windvrije/ dichte ruimte. Mogelijkheden Aan het begin van het onderzoek hadden we het idee om te kijken naar de invloed van verschillende vormen van het vliegtuigje of de vleugels en de invloed van verschillende afschietkrachten. We zagen als in dat we daar helaas te weinig tijd voor zouden hebben, dus besloten we om alleen de invloed van verschillende afschiethoeken te onderzoeken. Voor volgende onderzoeken kunnen we, als we meer tijd hebben, deze punten wel meenemen in het onderzoek.
11
FOTO’S ONDERZOEK NATUURKUNDE
AFSCHIETSTATION
12
VLIEGTUIGJE
+ =
13