1b: Applets bij Zwaartekracht-en

Zwaartekracht en banen.
Op mijn school maken we gebruik van de methode Systematische Natuurkunde.
Deze les is bedoeld voor leerlingen van 4 VWO.
Na de hoofdstukken in het boek over beweging (hfd.2) en krachten (hfd.3) gaat hoofdstuk 7
over de cirkelbeweging.
In paragraaf 3 (Gravitatiekracht) wordt alleen gesproken over een ellipsvormige baan in
onderstaand stukje:
In deze les gaan leerlingen op onderzoek naar de banen van de maan rond de aarde en de
aarde rond de zon.
Het doel van de les is:
1. Er is een gemeenschappelijk zwaartepunt waar hemellichamen om draaien.
2. Het begrijpen van de tweede wet van Kepler.
Voordat de leerlingen met de simulatie “Zwaartekracht en banen” van Phet aan het werk
gaan. (https://phet.colorado.edu/nl/simulation/legacy/gravity-and-orbits - Moet eerst gedownload
worden!), hebben zij thuis naar een filmpje gekeken. Dit is een nieuwsuitzending van 11-aug2014 die met het programma Edpuzzle kan worden opgestart en waarin twee vragen zitten
die de leerlingen moeten beantwoorden. In deze uitzending wordt gesproken over een
ellipsvormige baan van de maan om de aarde. Dit moet het begin zijn waarop de leerlingen
zich gaan afvragen hoe het nu werkelijk in elkaar zit.
Na de les met de simulatie van Phet moeten de wetten van Kepler besproken worden en
volgt paragraaf 7.4 Model van de beweging van planeten en satellieten.
Zwaartekracht en banen.
1. Je hebt de nieuwsuitzending over de grote maan gezien.
a. Wat wordt hier over de afstanden verteld?
b. Wat zegt dit over de baan van de maan rond de aarde?
2. Ga naar: https://phet.colorado.edu/nl/simulation/legacy/gravity-and-orbits
Klik in het blauwe venster op aarde en maan:
3. Klik op start en beschrijf de beweging die je ziet.
4. In het vakje “zien” vink je de vakjes Zwaartekracht Trek, Snelheid en Pad aan.
Teken in het onderstaande plaatje de krachten en de snelheden:
(Probeer op het juiste moment de simulatie te stoppen).
5. De baan lijkt op een cirkel. Bereken de baansnelheid van de maan om de aarde. De
gegevens die je nodig hebt, vind je in Binas.
We zeggen vaak: ‘de maan draait om de aarde’. Als je goed naar de simulatie kijkt,
zie je dat zowel de aarde als de maan bewegen. Zij bewegen rond een punt dat wij
het zwaartepunt van het aarde-maanstelsel noemen. Omdat de massa van de aarde
veel groter (81 keer) is dan de massa van de maan, ligt dit zwaartepunt dichter bij het
middelpunt van de aarde dan bij het middelpunt van de maan (ook 81 keer).
Het zwaartepunt ligt nog binnen de aarde.
6. Klik in het blauwe venster op zon en aarde. Start de simulatie.
Wat voor beweging maakt de aarde om de zon?
7. Pauzeer de simulatie en druk op reset. Verander nu de baansnelheid van de
aarde (maak de rode pijl iets langer of korter).
Wat voor beweging maakt de aarde nu om de zon?
8. a. Teken in onderstaande situatie de krachten en snelheid:
b. Teken ook de aarde (en de vectoren) als de aarde de getekende assen
passeren.
9.
De aarde gaat in deze baan niet overal even snel.
a.
Verklaar deze snelheidsveranderingen met behulp van krachten.
b.
Leg uit dat de afstand van de aarde tot de zon verandert.
10. Johannes Kepler (1571-1630) heeft drie wetten over de beweging van planeten rond
de zon opgesteld. Zijn tweede wet staat bekend als de ‘Perkenwet’. Zoek deze wet op
en leg uit wat de verhouding tussen de afstand (zon-aarde) en de snelheid is.
11. Klik in het blauwe venster op zon aarde maan.
Start de simulatie en beschrijf de beweging van de maan.
12. Gelukkig zal de snelheid van de maan niet snel veranderen maar ga eens na wat er
met de maan kan gebeuren als zijn snelheid wel verandert.