De trage inbreker

De trage inbreker
Inleiding
Toen eind jaren tachtig de computer zijn intrede deed in het Nederlandse onderwijs verschenen er ook allerlei
goede en minder goede educatieve programmaatjes.
Zonder uitzondering waren het hele beperkte programma’s (vaak in de eenvoudige computertaal BASIC
geprogrammeerd).
Beperkt omdat, zeker in vergelijking met nu, computers toen zeer beperkte apparaten waren (geen harde schijf –
alleen floppies, geen windows – alleen MS-DOS, geen kleurenscherm – alleen zwart-wit met een zeer beperkte
aantal pixels, geen muis – alleen toetsenbord, enz.).
Het is achteraf bijna niet voor te stellen dat er met die beperkte mogelijkheden toch af en toe aardige educatieve
software gemaakt kon worden.
Eén van meest aardige programma’s uit die tijd, was het programma “De trage inbreker” en was gemaakt door
de groep “Vakdidactiek Natuurkunde” van de universiteit van Utrecht.
Grafisch stelde het programma natuurlijk niets voor (dat kon ook niet in die tijd), maar (vak)didactisch zat het
sterk in elkaar. Mede ook omdat het “speel element” goed gecombineerd werd met het “leer element” (Nu vrij
normaal, maar toen revolutionair).
Het verhaal gaat als volgt:
Een inbreker is ingebroken in een verlate bankgebouw en probeert de kluis in zijn geheel mee te nemen. Het
alarm is al afgegaan en hij heeft precies 10 minuten de tijd voordat de politie arriveert.
Hij moet dus proberen de brandkast binnen 10 minuten door het bankgebouw te manoeuvreren en bij de uitgang
te krijgen; voordat de politie arriveert.
De vraag is hoe hij dat het beste kan doen. Hij heeft namelijk de mogelijkheid om de kluis gewoon over te vloer
te duwen, maar heeft dan wel last van een grote wrijving.
Hij kan ook de kluis op een wrijvingloos karretje zetten en de wrijving is dan zelfs nul.
Hij kan ook de kluis op en karretje zetten dat wel enige wrijving heeft (iets er tussen in dus).
De vraag is in feite wat de beste oplossing is….
<De genummerde onderdelen (1 t/m 5) moet je beantwoorden en als Word-bestand inleveren.>
Het zal niet verbazen dat leerlingen veelal denken dat zo weinig mogelijk wrijving (geen wrijving dus) het snelst
zal gaan. Maar daar zitten toch ook wel de nodige haken en ogen aan. Je hebt weliswaar geen last van wrijving,
maar wel van de traagheid van de kluis.
1. Leg dit uit! Welke wet van Newton zorgt hier voor problemen?
Heel veel wrijving heeft natuurlijk ook de nodige nadelen?
2. Welke? Welke wet van Newton zorgt hier voor problemen?
In IP is het probleem van de trage inbreker weergegeven in de simulatie “trage_inbreker.IP” (zie figuur volgende
blz.).
Je ziet een plattegrond van het bankgebouw (bovenaanzicht) met de kluis linksonder en de uitgang rechtsboven.
De volgende zaken zijn verder van belang:
o
o
o
De kluis heeft een massa van 100 kg
Je duwkracht is 500 N
De wrijvingscoëfficiënt is instelbaar tussen 0 en 0,60
Er geldt: Fw, max  f  FN , waarbij f = wrijvingscoëfficient en
FN = de normaal kracht die de vloer
op de kluis uitoefent. Omdat de kluis op een horizontale vloer staat geldt hier dat die normaalkracht
gelijk is aan de zwaartekracht op de kluis, dus 1000 N.
Als je een poging wilt wagen, ga je als volgt te werk:
o
o
o
o
o
o
Stel eerst de gewenste waarde voor de wrijvingscoëfficiënt in.
Druk op Start. De tijd begint nu te lopen!
Je moet nu meteen gaan duwen. Dat doe je door één van de knoppen X (+/-) of Y(+/-) in te drukken. Je
duwt dan met een kracht van 500 N in de richting die de knop aangeeft. Om te blijven duwen, moet je
de knop ingedrukt houden. Als je niet op een knop drukt, stop je met duwen. Je kunt maar in één
richting tegelijk duwen.
Het is natuurlijk NIET de bedoeling dat je met grote kracht tegen een muur aan botst. Als je dat wel
doet, krijg je straftijd. Bij elke harde botsing met een muur krijg je 15 strafseconden (de tijdmeter maakt
een sprongetje). Die straftijd is om na de botsing weer bij je positieve te komen om verder te kunnen
gaan. Als je veel botst kom je dus in 10 minuten niet ver!
De simulatie stopt automatisch als er 10 minuten voorbij zijn (helaas!) of als je bij de uitgang bent
(gefeliciteerd!)
Als je een nieuwe “poging” wilt wagen, zet je eerst de simulatie Terug in de beginstand en druk je op de
knop “Opnieuw beginnen” om de gegevens van de vorige poging uit het geheugen van de computer te
wissen (als je dat laatste niet zou doen, wordt gewoon de vorige “run” opnieuw afgespeeld).
3.
Probeer nu voor tenminste 4 waarden van de wrijvingscoëfficiënt te kijken of je de kluis binnen
10 minuten bij de uitgang kunt krijgen. Neem voor de wrijvingscoëfficiënt de waarden 0 – 0,20 –
0,40 en 0,60.
Noteer je bedingingen in een kort verslag met enkele duidelijke conclusies en juiste verwijzingen
naar 1e en 2e wet van Newton.
4.
Leerlingen zeggen heel vaak dat de wrijvingskracht altijd tegengesteld is aan de richting waarin
je duwt. Hoe blijkt uit deze simulatie dat dat zeker niet altijd klopt? Wat kun je wel zeggen over
de richting van de wrijvingskracht?
5.
De opdracht zoals die hier voor jou is geformuleerd (met name onderdeel 3) is vrij open.
Leerlingen in 4 havo/vwo moet je een wat meer gestructureerde opdracht geven in de vorm van
een werkblad met wat preciezer omschreven wat ze met de simulatie moeten doen en welke
stappen ze daartoe moeten nemen. Maak een werkblad bij deze simulatie voor leerlingen 4
havo/vwo (Geen basisvorming of Vmbo dus, maar zeg maar op ‘scoop’ niveau).