NATUURKUNDE ONTDEKKEN klas 2 WERKBOEK 2 Ruud de Moor Centrum Open methodes Inhoud Kr1 Kracht als oorzaak van snelheidsverandering ............................................................. 4 Kr2 Het meten van krachten ............................................................................................... 12 Kr3 Weerstand als kracht ................................................................................................... 20 Kr4 Krachten met versnellende en vertragende werking ................................................. 27 Kr5 Verkeer .......................................................................................................................... 37 Kr6 Herhalingsstof krachten: ............................................................................................... 43 Kr 7 Uitbreidingsstof krachten: ........................................................................................... 45 Kr 8 Antwoorden ................................................................................................................... 48 Natuurkunde afdeling, Ruud de Moor Centrum Open methodes St-Vituscollege, Bussum 2008-2009 © Delen uit deze uitgave mogen alleen worden gebruikt na voorafgaande schriftelijke toestemming van de uitgever. Ruud de Moor Centrum Open methodes klas 2 werkboek2 4 Kr1 Krachten Kr1 Kracht als oorzaak van snelheidsverandering We gaan in dit hoofdstuk na waardoor bewegingen veroorzaakt worden. Opgave 1 Hieronder zijn een aantal voorbeelden gegeven waarbij een beweging ontstaat. Geef bij ieder voorbeeld hoe deze beweging tot stand komt. a Een voetbal die wordt weggeschopt. b Een sprinter die uit de startblokken schiet. c Een auto die wegrijdt. d Een honkbal die wordt weggeslagen. e Een kogel die wordt weggeschoten. f Een pijl die uit een boog schiet. Opgave 2 a In de natuurkunde heeft men de oorzaak van iedere beweging die ontstaat kracht genoemd. We spreken van spierkracht, motorkracht, veerkracht enz. Een kracht kan een voorwerp in beweging zetten. De beweging die ontstaat is in de richting van die kracht. b In welke voorbeelden uit 1 is spierkracht de oorzaak van de beweging? c d Geef de kracht bij 1f een naam. In welke van de onderstaande uitspraken komt de betekenis van het woord kracht overeen met de afspraak die we gemaakt hebben? - krachtige soep - een krachtig argument - krachtpatser - verbeeldingskracht. e Met een kracht kun je ook een beweging afremmen. Geef een voorbeeld waarbij een kracht een beweging afremt. De afspraak uit 2a kunnen we ook wat algemener maken. Ruud de Moor Centrum Open methodes klas 2 werkboek2 5 Kr1 Krachten Een kracht kan de snelheid van een beweging veranderen. Opgave 3 Bij deze opgave heb je een veer nodig. a Trek de veer een eindje uit. Welke kracht is de oorzaak van de beweging bij het uitrekken van de veer? b Laat één uiteinde van de veer los. Welke kracht is nu de oorzaak van de beweging die ontstaat? c Iemand vangt een honkbal op. Welke kracht remt de honkbal af? Opgave 4 Bij deze opgave heb je nodig: een stukje ijzer, een stukje messing en een magneet. a Leg het stukje ijzer op tafel en nader het langzaam met de magneet. Wat neem je waar? b Herhaal de proef met het stukje messing. Wat neem je waar? c In welke richting werkt de kracht op het stukje ijzer? d Wat moet je doen om het stukje ijzer van de magneet af te halen? e Welke kracht veroorzaakt de beweging bij d? Ruud de Moor Centrum Open methodes klas 2 werkboek2 6 Kr1 Krachten Opgave 5 Bij deze opgave heb je nodig: een plastic buis en een doekje. a Wrijf de buis met het doekje en nader met de buis een klein snippertje papier dat je op tafel hebt gelegd. Wat neem je waar? b Kun je volgens de afspraak in 2a zeggen dat er op het snippertje papier een kracht werkt? Leg uit. c In welke richting werkt de kracht op het snippertje? Opgave 6 a Een steen die je loslaat komt in beweging. Welk soort beweging voert de steen uit? b Kun je volgens de afspraak in 2a zeggen dat er op de steen een kracht werkt? Leg uit. c In welke richting werkt de kracht op de steen uit a? De kracht die voorwerpen naar beneden trekt wordt de trekkracht van de aarde of de zwaartekracht genoemd. d Noem een verschil tussen de magnetische kracht en de zwaartekracht. Opgave 7 Bij deze opgave heb je de veer uit vraag 3 nodig. a b Houd de veer horizontaal aan de uiteinden vast en trek hem een eindje uit. Is er spierkracht voor nodig om de veer uitgerekt te houden? Veroorzaakt de spierkracht in a nu nog een beweging? Ruud de Moor Centrum Open methodes klas 2 werkboek2 7 Kr1 Krachten c Mogen we op grond van a en b zeggen dat een kracht altijd een beweging veroorzaakt, zoals we in 2a hebben afgesproken? d Noem de krachten die op het rechter uiteinde van de uitgetrokken veer in a werken Opgave 8 Bij deze proef heb je nodig: een houten blokje en twee blauwe veren. a b c Trek met een blauwe veer horizontaal aan het blokje hout dat met de gladde kant op de tafel ligt. Wat gebeurt er nu? Bevestig de tweede veer aan de andere kant van het blokje en trek de veren een eindje uit. Wat gebeurt er nu? Aan het blokje trekken twee krachten. Toch beweegt het blokje niet. Welk van de volgende uitspraken vind je het best? Het blokje beweegt niet omdat: - de twee krachten even groot zijn. - de twee krachten tegengesteld zijn. - de twee krachten even groot en tegengesteld zijn. d Als op een voorwerp twee krachten werken en het gaat niet bewegen, dan zijn de twee krachten even groot en tegengesteld gericht. Ze heffen elkaars werking op. Opgave 9 We maken eerst een paar afspraken over het tekenen van krachten. a Een kracht tekenen we schematisch met een pijl. Hierbij spreken we het volgende af: Ruud de Moor Centrum Open methodes klas 2 werkboek2 8 Kr1 Krachten de pijl begint altijd in het midden van het voorwerp waar de kracht op werkt; de richting van de pijl wijst in de richting van de kracht ; de lengte van de pijl geeft de grootte van de kracht weer. In figuur 1-1 is voorgedaan hoe de trekkrachten op het blokje uit vraag 8 getekend moeten worden. b Hoe zie je aan de tekening in figuur 1-1 dat de krachten tegengesteld werken? c Hoe zie je aan de tekening in figuur 1-1 dat de krachten even groot zijn? d Waarom gaat het blokje uit figuur 1-1 niet bewegen? Opgave 10 Een voorwerp hangt aan een veer. De veer is hierdoor wat uitgerekt (zie figuur 1-2). Op het voorwerp werken nu twee krachten. Eén ervan is getekend. a Welke kracht werkt er nog meer op het voorwerp? b Wat kun je volgens 8d zeggen als je de grootte en de richting van de krachten vergelijkt? c Teken met een pijl de andere kracht die op het blokje werkt (Let op de drie afspraken uit opgave 9). Schrijf ook de namen erbij. d Opgave 11 Iemand houdt met horizontale onderarm een voorwerp opgetild. Zie figuur 1-3. Ruud de Moor Centrum Open methodes klas 2 werkboek2 9 Kr1 Krachten fig 1-3 a Welke krachten werken er op het voorwerp? b c Teken op de juiste manier met pijlen de krachten die op het voorwerp werken. Schrijf ook de namen erbij. Ruud de Moor Centrum Open methodes klas 2 werkboek2 10 Kr1 Krachten Opgave 12 Bij deze opgave heb je de opstelling voor de zwevende magneet nodig. a Welke krachten werken er op de bovenste magneet? b Wat kun je volgens 8d zeggen als je de richting en de grootte van de krachten die op de bovenste magneet werken vergelijkt? Teken hiernaast de bovenste magneet en geef met pijlen de krachten aan die daarop werken. c d Schrijf de namen erbij. Opgave 13 Een blokje ligt op een veer (figuur 1-4). De veer is hierdoor wat ingeduwd. a Welke krachten werken er op het blokje? b Wat kun je volgens 8d zeggen als je de grootte en de richting van deze krachten vergelijkt? c d Teken de krachten die op het blokje werken. Schrijf de namen erbij. Opgave 14 In figuur 1-5 is een olifant getekend die op een plank staat. a Welke krachten werken er op de olifant? b Wat kun je zeggen als je de grootte en de richting van deze krachten vergelijkt? c Teken de krachten die op de olifant werken. d Schrijf de namen erbij. f Ruud de Moor Centrum Open methodes klas 2 werkboek2 11 Kr1 Krachten fig 1-5 Ruud de Moor Centrum Open methodes klas 2 werkboek2 12 Kr1 Krachten Opgave 15 Op een tafel ligt een laagje schuimplastic. Hierop ligt een boek. In figuur 1-6 zijn de krachten die op het boek werken met pijlen getekend. fig 1-6 a b fig 1-7 Welke kracht stelt pijl b voor? Welke kracht stelt pijl a voor? In figuur 1-7 ligt het boek op tafel zonder schuimplastic. Ook hier zijn de krachten getekend die op het boek werken. Pijl b is weer de zwaartekracht. Pijl a zullen we in het vervolg de steunkracht noemen. Dit is de kracht die een harde ondergrond op een voorwerp uitoefent. Samenvatting Kr1 De oorzaak van een snelheidsverandering noemen we kracht. Twee krachten kunnen elkaars werking opheffen. De krachten zijn dan even groot en tegengesteld. Het voorwerp gaat dan niet bewegen. Krachten worden met pijlen weergegeven. Hierbij gelden de volgende afspraken: de pijl vertrekt uit het midden van het voorwerp waar de kracht op werkt; de richting van de pijl geeft de richting van de kracht aan; de lengte van de pijl is in verhouding met de grootte van de kracht. Ruud de Moor Centrum Open methodes klas 2 werkboek2 Ruud de Moor Centrum 13 Kr1 Krachten Open methodes klas 2 werkboek2 14 Kr2 Krachten Kr2 Het meten van krachten Om krachten met elkaar te kunnen vergelijken moeten ze gemeten worden. In dit hoofdstuk ga je leren hoe dit kan. Opgave 1 Een voorwerp hangt aan de veer (zie figuur 2-1). a Welke twee krachten werken op het voorwerp? b c Teken deze krachten. Het voorwerp wordt van de veer gehaald. Daarna wordt de veer met spierkracht even ver uitgetrokken. Wat kun je zeggen als je deze spierkracht vergelijkt met de zwaartekracht op het voorwerp? d Wat zal er met de lengte van de veer gebeuren als je er een zwaarder voorwerp aan hangt? Opgave 2 Practicum: Veren Als je aan een veer trekt dan rekt deze uit. Hoe groter de kracht hoe verder de veer zal uitrekken. Onderzoeksvraag: Wat zijn de verschillen tussen de twee veren? Hoe dit tot uiting in de grafiek? Schrijf nu voor je de proef gedaan hebt jouw hypothese op. Je hebt nodig: een dikke veer, een dunne veer, zes even zware schijfjes om eraan te hangen, een meetlat en statiefmateriaal om de veer op te hangen. a b Bouw de opstelling van figuur 2-1 na. Meet de lengte van de dikke veer tot 0,1 cm nauwkeurig terwijl er geen massa aan hangt. Aan één van de schijfjes zit een haakje. Hierop kun je één voor één de andere schijfjes leggen. Meet de lengte van de veer als er 1 tot en met 6 schijfjes aan hangen. Noteer je Ruud de Moor Centrum Open methodes klas 2 werkboek2 15 Kr2 Krachten metingen in de eerste rij van de tabel 2-1 hieronder. Ruud de Moor Centrum Open methodes klas 2 werkboek2 16 Kr2 Krachten tabel 2-1 Aantal schijven 0 1 2 3 4 5 6 Lengte van de dikke veer (cm) Uitrekking van de dikke veer (cm) Lengte van de dunne veer (cm) Uitrekking van de dunne veer (cm) c d e f g* h* i* Vervang de dikke veer voor de dunne veer, voer de bovenstaande proef nogmaals uit en zet de gegevens in de derde rij van de tabel 2-1. Bereken de uitrekking van de dikke veer en de dunne veer en zet deze gegevens in de tweede en vierde rij van de tabel 2-1. Zet in het diagram van figuur 2-2 bij iedere meting (zie tabel 2-1) een stip. Geef de stippen van de verschillende veren een andere kleur. Zorg dat het duidelijk is welke veer bij welke kleur hoort. In het boekje van beweging heb je geleerd hoe je in de natuurkunde een lijn moet trekken. Trek op de juiste manier een lijn door de meetpunten. Door welke kracht wordt de veer uitgerekt? Bereken van beide veren hoeveel de veer per schijfje langer wordt. Kun je een uitspraak doen hoe lang de veer zal worden als er 10 schijfjes aangehangen worden? Leg je antwoord uit. Laat de grafiek van de resultaten voordat je aan het verslag begint aan je docent zien. Maak een verslag van dit practicum zoals achter in het boek wordt aangegeven. Zorg ervoor dat je in ieder geval de tabel, de grafiek en de antwoorden van de gemarkeerde (*) vragen bij je verslag inlevert. Op je studiewijzer kun je zien wanneer je je verslag moet inleveren. Je mag je verslag alleen of met z'n tweeën maken. Als je het met z'n tweeën maakt moet je beiden een even groot aandeel aan het verslag geleverd hebben. Extra: Als je eerder klaar bent of je wilt kans maken op een hoger cijfer dan kun je de onderstaande opdrachten ook uitvoeren. · Verwerk de grafieken in excel. Op de natuurkundepagina van onze school op internet kun je zien hoe dat moet. Lever voor de zekerheid ook je getekende grafiek in bij je verslag. · Haak een elastiek aan de haak en voer dezelfde metingen uit als hierboven maar dan met twee keer zoveel schijven. Noteer de uitrekking in een tabel en zet de uitkomsten ook in de grafiek (maar dan met een andere kleur natuurlijk). Als het goed is ziet deze grafiek er anders uit. Noteer in je conclusie de verschillen tussen de grafieken. Ruud de Moor Centrum Open methodes klas 2 werkboek2 17 Kr2 Krachten Opgave 3 In de natuurkunde noemen we iets een grootheid als we het kunnen meten. Zo is tijd bijvoorbeeld een grootheid. Grootheden worden uitgedrukt in eenheden. De seconde is een eenheid van tijd. Eenheden worden vaak afgekort met een letter. a Noem nog drie grootheden. b Met welke letter wordt seconde aangegeven? Ruud de Moor Centrum Open methodes klas 2 werkboek2 c Is lengte een grootheid? d e Noem nog twee eenheden Wat is de eenheid van snelheid? f Welke grootheid hoort bij seconde? g Wat is de eenheid van oppervlak? 18 Kr2 Krachten Kracht is een grootheid want een kracht kun je meten. De eenheid van kracht is de newton (spreek uit: njoeton). De newton wordt afgekort met N. Met een geijkte veer kun je krachten meten. Opgave 4 Bij deze opdracht heb je drie verschillende geijkte veren (rood, groen en blauw) en een ijzeren cilinder nodig. a b c d Voel hoe groot een kracht van 1,0 N is. Meet hoeveel cm de blauwe veer uitrekt bij een kracht van 1,0 N. Hang de ijzeren cilinder aan de verschillende geijkte veren en kijk of de veren dezelfde waarde aangeven. Hoe groot is de zwaartekracht die op de ijzeren cilinder werkt? Opgave 5 Bij deze opdracht heb je nodig: een groene en twee blauwe geijkte veren. Bevestig de groene en een blauwe veer aan elkaar. Zie figuur 2-3. Houd de uiteinden A en B vast en trek er nu horizontaal zo aan dat de groene veer 4,0 N aanwijst. a Wat wijst de blauwe veer dan aan? b Hoe groot is de kracht waarmee de blauwe veer aan de groene veer trekt? c Met welke kracht en in welke richting wordt er in punt B aan de veer getrokken? Ruud de Moor Centrum Open methodes klas 2 werkboek2 d 19 Kr2 Krachten Trek nu met twee blauwe veren naast elkaar tegelijk aan de groene veer. Trek zo hard dat de groene veer 8,0 N aangeeft. Lees de twee blauwe veren af. Wat valt je op? Opgave 6 De zwaartekracht die op de olifant uit Kr1-14 werkt is 40000 N. 1000 N noemt men 1 kilonewton. Dit wordt afgekort tot 1 kN. Welke krachten werken er op de olifant en hoe groot zijn ze uitgedrukt in kN? Opgave 7 Een blokje wordt door twee veren naast elkaar naar rechts getrokken. De ene veer geeft 2,0 N aan en de andere 4,5 N. In figuur 2-4 zijn de krachten met een pijl getekend. a Je wilt nu met één kracht de werking van de twee krachten samen opheffen. Wat moet de grootte en de richting van de kracht zijn die ervoor zorgt dat het blokje toch niet gaat bewegen? b Teken deze kracht met een pijl en neem voor 1 N een pijl met een lengte van 1 cm. Opgave 8 Bij deze proef heb je nodig: een loden cilinder, een blauwe geijkte veer en een standaard. Hang de veer aan het haakje en hang de cilinder aan de veer (zie figuur 2-5a) Ruud de Moor Centrum Open methodes klas 2 werkboek2 20 a a b c fig 2-5 Kr2 Krachten b Meet de grootte van de veerkracht. Welke kracht werkt er nog meer op de loden cilinder en hoe groot is deze? Teken hiernaast de cilinder en geef de krachten die op de loden cilinder werken schematisch met pijlen aan; neem per 1 N een pijllengte van 1 cm. d Ondersteun de cilinder met je hand tot de veer nog 1,1 N aangeeft. (zie figuur 2-5b) Hoe groot is de zwaartekracht die op de cilinder werkt? e Hoe groot is de veerkracht die op de cilinder werkt? f Hoe hard duw je tegen de cilinder naar boven? g Zet de cilinder op tafel. Welke krachten werken op de cilinder en hoe groot zijn ze? h Trek nu met de veer zo hard aan de cilinder omhoog tot de veer 0,5 N aangeeft. Welke krachten werken er nu op de loden cilinder en hoe groot zijn ze? i Teken hiernaast de cilinder en geef de krachten uit h met pijlen aan. Neem daarbij per 1,0 N een pijllengte van 1 cm. We hebben bij deze opgave weer gebruikt gemaakt van de regel: Als een voorwerp niet beweegt, dan heffen de krachten elkaar op. Opgave 9 Ruud de Moor Centrum Open methodes klas 2 werkboek2 21 Kr2 Krachten Als aan een veer getrokken wordt rekt deze zover uit dat de veerkracht even groot is als de trekkracht. In figuur 2-6 zie je een grafiek die de lengte van een veer als functie van de veerkracht weergeeft. a Bepaal hoe lang de veer is als er niet aan getrokken wordt. b Hoe lang is de veer als er met een kracht van 5,0 N aan getrokken wordt? c Hoeveel is de veer uitgerekt als er met 5,0 N aan getrokken wordt? d Bereken hoeveel de veer per N uitrekt e Bereken de uitrekking van de veer bij een kracht van 23 N. f Bereken hoe lang de veer nu is. Opgave 10 Ruud de Moor Centrum Open methodes klas 2 werkboek2 22 Kr2 Krachten In figuur 2-7 is met A een grafiek gegeven van de lengte van een veer als functie van de kracht waarmee er aan getrokken wordt. a Bepaal met behulp van de grafiek hoe lang de veer is als er niet aan getrokken wordt. b Bereken de uitrekking van de per N trekkracht. c Bereken hoe lang de veer is bij een kracht van 15 N. d Hoe kun je het antwoord uit c met de grafiek vinden? e Met lijn B is een grafiek van een andere veer gegeven. Leg uit of deze veer stugger of juist slapper is. Opgave 11 In figuur 2-8 zie je de veren A en B uit de vorige opgave naast elkaar hangen. Er is een voorwerp aan gehangen. Beide veren zijn nu 7,0 cm lang. Bereken de zwaartekracht van het voorwerp. Opgave 12 Ruud de Moor Centrum Open methodes klas 2 werkboek2 23 Kr2 Krachten In figuur 2-9 is een niet-geijkte veer getekend. De bovenkant van de veer zit vast. Aan de onderkant is een stangetje met een haakje. Als er niet aan het uiteinde van de veer wordt getrokken, staat het pijltje bij punt A. De afstand AB is 5,0 cm. Als met een kracht van 1,0 N aan de veer getrokken wordt staat de pijl 1,5 cm onder A. Bij 2,0 N staat de wijzer 3,0 cm onder A. a Welke waarde moet je bij punt A op de schaal zetten als je deze veer ijkt? b Welke waarde moet je bij een punt dat 1,5 cm onder A ligt op de schaal zetten? c Maak bij de tekening van de veer een schaalverdeling waarbij je voor elke hele newton een streep zet. Wat is de grootste kracht die deze veer kan meten? d Samenvatting Kr2 Bij een veer geldt dat de uitrekking in verhouding is met de trekkracht. Grootheden kun je meten en worden opgegeven in eenheden. Veren waarmee je krachten kunt meten zijn voorzien van een schaalverdeling en worden geijkte veren genoemd. Bij de afspraak van de eenheid van kracht is gebruik gemaakt van een bepaalde uitgekozen veer. Als deze veer precies één centimeter is uitgerekt, dan is de trekkracht één newton. Andere veren zijn hiermee geijkt. Newton wordt afgekort met N. Ruud de Moor Centrum Open methodes klas 2 werkboek2 Kr3 24 Kr3 Krachten Weerstand als kracht In Kr1 hebben we gezien dat met een kracht een beweging veroorzaakt kan worden. Een kracht kan een beweging ook afremmen. Als je een beweging op gang wilt houden is het vervelend als er krachten aanwezig zijn die dit verhinderen of tegengaan. In dit hoofdstuk gaan we deze onderzoeken. Opgave 1 Krachten veroorzaken lang niet altijd een beweging. Leg uit wanneer een kracht geen beweging veroorzaakt. Opgave 2 Hoe kun je de zwaartekracht meten die op een voorwerp werkt? Opgave 3 Voor deze proef heb je nodig: een blokje hout, een plank met verschillende banen, een rode en een blauwe geijkte veer. a b Bepaal de zwaartekracht die op het blokje werkt. Leg het blokje op de rubberbaan. Welke krachten werken er nu op het blokje en hoe groot zijn deze krachten? a c d e fig 3-1 b In figuur 3-1a is het blokje in zijaanzicht getekend. Teken de krachten die op het blokje werken. Neem voor 1 N een pijllengte van 2 cm. Trek nu met de rode veer horizontaal met een kracht van 0,20 N aan het blokje. Teken nu in figuur 3-1b alle krachten die op het blokje werken. Waarom is het niet juist als je bij d slechts drie pijlen hebt getekend? De kracht die verhindert dat het blokje in d gaat bewegen, wordt de glijweerstand genoemd. Deze weerstand is het gevolg van wrijving tussen het blokje en de ondergrond. f Hoe groot is de glijweerstand bij d? Ruud de Moor Centrum Open methodes klas 2 werkboek2 g 25 Kr3 Krachten Hoe groot is de glijweerstand als de horizontale kracht 0 N is? Opgave 4 a Trek met een horizontale kracht van 0,10 N aan het blokje op de rubberbaan. Hoe groot is nu de glijweerstand? b Trek nu met een horizontale kracht van 0,30 N aan het blokje op de rubberbaan. Hoe groot is nu de glijweerstand? c Blijft het blokje bij elke trekkracht stil liggen op de rubberbaan? Zolang het blokje niet gaat bewegen is de glijweerstand even groot als de trekkracht. De glijweerstand kan echter niet willekeurig groot worden. De glijweerstand heeft zijn maximale waarde, als het blokje begint te glijden. d Onderzoek met een geijkte veer bij welke trekkracht het blokje op de rubberbaan begint te glijden. e Hoe groot is de maximale waarde van de glijweerstand bij dit blokje op de rubberbaan? f In 3a heb je de zwaartekracht gemeten. Ga na of de maximale waarde van de glijweerstand gelijk is aan de zwaartekracht. Opgave 5 a Bepaal de maximale waarde van de glijweerstand bij het blokje op de perspex baan. b Hoe groot is de glijweerstand als er aan het blokje op de perspex baan met een horizontale kracht van 0,10 N wordt getrokken? c Bepaal ook de maximale waarde van de glijweerstand op de schuurlinnen baan. Opgave 6 a Waardoor wordt de maximale waarde van de glijweerstand bepaald als je let op de resultaten van de proeven in 4f, 5a en 5c? Ruud de Moor Centrum Open methodes klas 2 werkboek2 b 26 Kr3 Krachten In 3g, 3h, 4a en 5b heb je de grootte van de glijweerstand opgeschreven als deze nog niet maximaal is. Waardoor wordt de grootte van de glijweerstand bepaald als deze nog niet maximaal is? Opgave 7 Een voorwerp ligt op een tafel. Zie figuur 3-2. Men trekt eraan met een kracht van 2,0 N. Het voorwerp gaat dan niet glijden. a b c d Hoe groot is de glijweerstand? Wat kun je zeggen van de maximale waarde van de glijweerstand? Hoe groot is de weerstand als de trekkracht 1,5 N is? Wat moet je doen om de maximale waarde van de glijweerstand te bepalen? Opgave 8 Op een tafel ligt een houten blokje. Zie figuur 3-3a. De zwaartekracht op het blokje is 4,0 N. a a fig 3-3 b Teken alle krachten die in verticale richting op het blokje werken. Neem voor 1,0 N een pijl van 1,0 cm. Ruud de Moor Centrum Open methodes klas 2 werkboek2 b c d e 27 Kr3 Krachten De maximale waarde van de glijweerstand tussen de tafel en het blokje is 3,0 N. Men trekt in horizontale richting met een kracht van 2,0 N aan het blokje. Gaat het blokje glijden? Teken in figuur 3-3a de twee krachten die erbij zijn gekomen. Zou het blokje gaan bewegen als de horizontale kracht 4,5 N is? Teken in fig 3-3b de grafiek van de grootte van de glijweerstand als functie van de trekkracht tussen 0 en 3,0 N. Opgave 9 In 6a heb je opgeschreven waardoor de maximale waarde van de glijweerstand wordt bepaald. a Hoe kun je de maximale waarde van de glijweerstand verminderen? b Noem eens een paar voorbeelden waarbij de maximale waarde van de glijweerstand klein is. Opgave 10 Ga de volgende proef met tenminste 2 groepen in het kabinet bekijken. Neem je boek mee. Je vindt er de opstelling van figuur 3-4. fig 3-4 In een lange metalen buis zijn gaatjes geboord. Via een slang kan er lucht in de buis geblazen worden. We noemen dit een luchtkussenbaan. Op de buis past precies een glijdertje dat gaat zweven als er lucht uit de gaatjes stroomt. a b c d e Plaats het glijdertje op de rail zonder lucht. Bepaal hoe groot de maximale waarde van de glijweerstand is. Nu wordt er lucht door de gaatjes geblazen. Meet de maximale waarde van de glijweerstand van het glijdertje op de rail met luchtkussen. Geef het glijdertje een klein zetje. Wat voor een beweging voert het glijdertje na het zetje uit ? Hoe kun je aan de beweging van het glijdertje met luchtkussen zien dat de glijweerstand te verwaarlozen is? Welke krachten werken er op het glijdertje als dit stilstaat? Ruud de Moor Centrum Open methodes klas 2 werkboek2 Ruud de Moor Centrum 28 Kr3 Krachten Open methodes klas 2 werkboek2 29 Kr3 Krachten Opgave 11 Je kunt de weerstand die een voorwerp op de ondergrond ondervindt verkleinen door wielen te gebruiken. Het voorwerp kan nu rollen. Maar toch ondervinden voertuigen door het gebruik van wielen nog weerstand. We noemen deze vorm van weerstand de rolweerstand. Ook deze heeft een maximale waarde. Deze weerstand wordt veroorzaakt doordat de banden tijdens het rijden een beetje inveren. De rolweerstand hangt niet af van de snelheid die het voorwerp heeft. a Waarvan zal de maximale waarde van de rolweerstand van je fiets afhangen? b Hoe probeert men bij een racefiets de rolweerstand zo klein mogelijk te maken? Bij voertuigen is nog een andere vorm van weerstand erg belangrijk. Dit is de luchtweerstand. Als je je hand bij een rijdende auto uit het raam steekt voel je deze weerstand die door de lucht wordt veroorzaakt. Het bijzondere van de luchtweerstand is dat de grootte ervan afhangt van de snelheid. De luchtweerstand is een speciale vorm van glijweerstand. c Wat moet je doen als je op de fiets de grootte van de luchtweerstand wilt verminderen? d Geef een paar voorbeelden waarbij het belangrijk is dat er wel weerstand is. Ook voorwerpen die in water bewegen ondervinden weerstand. Ook hier is de grootte van de weerstand afhankelijk van de snelheid waarmee door het water bewogen wordt. Ruud de Moor Centrum Open methodes klas 2 werkboek2 30 Kr3 Krachten Opgave 12 In figuur 3-5 is een grafiek getekend die de totale weerstand van een auto geeft als functie van de snelheid. Dus rolweerstand en luchtweerstand samen. a Hoe groot is de totale weerstand bij 20 m/s? b Hoe groot is de rolweerstand van de auto? c Hoe groot is de luchtweerstand bij 20 m/s? d Hoe groot is de luchtweerstand bij 40 m/s? Ruud de Moor Centrum Open methodes klas 2 werkboek2 31 Kr3 Krachten Samenvatting Kr3 De weerstand werkt de beweging van een voorwerp tegen. Als er aan een voorwerp getrokken wordt en het gaat niet bewegen, is de weerstand even groot als de trekkracht. De weerstand hangt af van de stroefheid van de ondergrond en heeft een maximale waarde. Bij de luchtbaan is er geen weerstand. Als een glijdertje eenmaal beweegt, wordt het niet afgeremd en blijft eenparig bewegen. Naast de glijweerstand is er de rolweerstand en de luchtweerstand. De luchtweerstand hangt erg van de snelheid af. Ruud de Moor Centrum Open methodes klas 2 werkboek2 Kr4 32 Kr4 Krachten Krachten met versnellende en vertragende werking Opgave 1 Men laat een steen vallen. a Welke kracht brengt de beweging van de steen op gang? b Is de beweging versneld, vertraagd of eenparig? c Heeft hier de zwaartekracht een versnellende of een vertragende werking? Opgave 2 Een auto vertrekt vanuit stilstand. a Welke kracht zorgt dat de beweging op gang komt? b Heeft deze kracht hier een versnellende of een vertragende werking? Opgave 3 Een auto remt. a Welke kracht zorgt voor het remmen? b Heeft de remkracht hier een versnellende of een vertragende werking? We weten dat kracht de snelheid van een beweging kan veranderen. - Een kracht in de bewegingsrichting heeft een versnellende werking. - Een kracht tegengesteld aan de bewegingsrichting heeft een vertragende werking. Opgave 4 Een steen wordt recht omhoog gegooid. In de tekening zie je de bal omhoog gaan nadat deze losgelaten is. a Welke kracht werkt er op de steen als hij, na het loslaten, onderweg is naar boven? Teken deze kracht met een pijl. b Heeft deze kracht een versnellende of een vertragende werking? Ruud de Moor Centrum Open methodes klas 2 werkboek2 33 Kr4 Krachten Opgave 5 In Kr3 hebben we krachten ontdekt die altijd een vertragende werking hebben. Hoe heten deze? Opgave 6 Deze opgave gaat over een proef die je met tenminste 2 groepen in het kabinet gedemonstreerd krijgt. Pas als je weer terug in de klas bent schrijf je de antwoorden bij deze opgave op in vraag 7. Een glijdertje met propeller is op een werkende luchtkussenbaan geplaatst. Zie figuur 4-1. Er worden vier proeven uitgevoerd; A, B, C en D. A De propeller wordt op gang gebracht en je bekijkt wat voor soort beweging het glijdertje gaat uitvoeren. B Nu krijgt het glijdertje met draaiende propeller een zetje tegen de richting van de propellerkracht in. C Nu worden twee glijdertjes gebruikt. Van elk glijdertje worden de propellers op gang gebracht. De glijdertjes worden zo geplaatst, dat de motoren elkaar tegenwerken. Kijk welk soort beweging de glijders gaan uitvoeren. D De twee glijders krijgen nu een zetje in de richting van de zwakste motorkracht. Opgave 7 a b Schrijf op welke beweging het glijdertje uit 6 bij proef A en B uitvoert. A: B: Hoe groot is de weerstand op een luchtkussenbaan? c Hoe zou je de grootte van de "motorkracht" van de propeller kunnen meten? d Welke kracht heeft bij proef A een versnellende werking? e Is er bij proef A ook een kracht met vertragende werking? Ruud de Moor Centrum Open methodes klas 2 werkboek2 f 34 Kr4 Krachten Heeft de motorkracht bij proef B een versnellende of een vertragende werking? Opgave 8 a Welke kracht is bij proef C de kracht met de versnellende werking? b Welke kracht is bij proef D de kracht met de versnellende werking? Opgave 9 In figuur 4-2 is een glijdertje met twee propellers op een luchtkussenbaan getekend. De propellers werken nu tegengesteld en zijn niet even sterk. De rechter propeller oefent een kracht uit naar rechts en is sterker dan de linker propeller. Het glijdertje begint vanuit stilstand te bewegen. fig 4-2 a b Geef in de tekening de beide krachten aan en laat het verschil in sterkte tot uiting komen. Welk soort beweging gaat het glijdertje uitvoeren en in welke richting? c Welke kracht heeft een vertragende werking? d Welke kracht heeft een versnellende werking? Het glijdertje krijgt een zetje naar links. e Welk soort beweging gaat het glijdertje nu uitvoeren? f Leg uit welke kracht nu een vertragende werking heeft. g Welke kracht heeft nu een versnellende werking? Uit de opgaven 6 t/m 9 heb je een aantal conclusies kunnen trekken over de beweging van een voorwerp als er twee krachten op werken. Ruud de Moor Centrum Open methodes klas 2 werkboek2 - 35 Kr4 Krachten Als de kracht met versnellende werking groter is dan de kracht met vertragende werking, dan is de beweging versneld. Als de kracht met versnellende werking kleiner is dan de kracht met vertragende werking, dan is de beweging vertraagd. Opgave 10 Naast de versnelde beweging en vertraagde beweging kennen we ook de eenparige beweging. a Kan volgens 9h bij een eenparige beweging de kracht met versnellende werking groter zijn dan de kracht met vertragende werking ? b Kan volgens 9h bij een eenparige beweging de kracht met versnellende werking kleiner zijn dan de kracht met vertragende werking ? Opgave 11 Twee glijdertjes op een luchtkussenbaan hebben precies even sterke propellers. Deze glijdertjes staan zo op de luchtkussenbaan dat de propellers tegen elkaar in werken. a Leg uit waarom er geen beweging kan ontstaan. b Als we de glijdertjes een zetje geven, gaan ze eenparig bewegen. Leg uit waarom dit zo is. In Kr1-8 hebben we gezien dat als een voorwerp in rust is, de krachten elkaars werking opheffen. Nu blijkt dat de beweging ook eenparig kan zijn. Als de kracht met versnellende werking even groot is als de kracht met vertragende werking, zijn er dus twee mogelijkheden: - het voorwerp staat stil en blijft stilstaan; - het voorwerp beweegt en blijft eenparig bewegen. Ruud de Moor Centrum Open methodes klas 2 werkboek2 36 Kr4 Krachten Opgave 12 Op een voorwerp werken twee tegengestelde krachten. a De beweging van het voorwerp is versneld. Wat kun je over de grootte van de twee krachten zeggen? b De beweging is vertraagd. Wat kun je over de grootte van de twee krachten zeggen? c De beweging is eenparig. Wat kun je over de grootte van de twee krachten zeggen? d Het voorwerp staat stil. Wat kun je over de grootte van de twee krachten zeggen? Opgave 13 Veronderstel dat je een glijdertje hebt met twee propellers, die tegengesteld werken. Dit glijdertje op de luchtkussenbaan kan op een aantal manieren bewegen. Deze manieren zijn hieronder aangegeven. 1 Eenparig naar rechts 2 Eenparig naar links 3 Versneld naar rechts 4 Versneld naar links 5 Vertraagd naar rechts 6 Vertraagd naar links a Welke 2 bewegingen kan het glijdertje uitvoeren als de kracht naar rechts gelijk is aan de kracht naar links? b En welke 2 als de kracht naar rechts groter is dan de kracht naar links? c En welke 2 als de kracht naar rechts kleiner is dan de kracht naar links? Ruud de Moor Centrum Open methodes klas 2 werkboek2 Ruud de Moor Centrum 37 Kr4 Krachten Open methodes klas 2 werkboek2 38 Kr4 Krachten Opgave 14 Bij deze opdracht heb je nodig: een loden cilinder en een blauwe geijkte veer. a Hang de loden cilinder aan de veer en meet de grootte van de veerkracht. b Hoe groot is de zwaartekracht op de loden cilinder? c Maak hiernaast een tekening en geef de krachten op de cilinder met pijlen aan; neem 2 cm voor 1N. d Met welke situatie uit vraag 12 komt deze situatie overeen? e Beweeg de veer, met de cilinder eraan, eenparig naar boven. Hoe groot is de zwaartekracht op het voorwerp tijdens de eenparige beweging? f Hoe groot is de trekkracht van de veer aan het voorwerp? g Met welke situatie uit vraag 12 komt deze situatie overeen? Beweeg de geijkte veer, met de cilinder eraan, nu eenparig naar beneden. h Hoe groot is de trekkracht van de veer aan het voorwerp nu? i Hoe groot is de zwaartekracht? j Met welke situatie uit vraag 12 komt deze situatie overeen? Ruud de Moor Centrum Open methodes klas 2 werkboek2 39 Kr4 Krachten We hebben in de voorgaande opgaven een paar belangrijke zaken ontdekt over het verband tussen krachten en beweging. We zetten ze nog eens op een rijtje. Ga na of je het onderstaande schema goed snapt. Kracht is de oorzaak van een snelheidsverandering. geen beweging eenparige beweging versnelde beweging vertraagde beweging De krachten heffen elkaars werking op. De krachten heffen elkaars werking op. De krachten met versnellende werking zijn groter dan de krachten met vertragende werking. De krachten met versnellende werking zijn kleiner dan de krachten met vertragende werking. Alle uitspraken blijven waar als je de pijltjes omdraait. Opgave 15 Een auto staat geparkeerd. Zie figuur 4-3. a Welke krachten werken er op de auto? Wat kun je over hun grootte zeggen? b De auto trekt op tot 20 m/s en rijdt dan verder eenparig. De motorkracht is dan 250 N. Welke kracht heeft een versnellende werking en hoe groot is deze? c Welke kracht heeft een vertragende werking en hoe groot is deze? d De bestuurder van de auto geeft wat meer gas. De motorkracht blijft nu constant 350 N. Bij 30 m/s neemt de snelheid niet meer toe. Hoe groot is de totale weerstand bij deze snelheid? Ruud de Moor Centrum Open methodes klas 2 werkboek2 40 Kr4 Krachten Opgave 16 Figuur 4-4 geeft de afstand-tijd-grafiek van een kort ritje met een race-auto. a Tussen welke tijden is de motorkracht groter dan de weerstand? b Tussen welke tijden is de motorkracht even groot als de weerstand? c Bereken de grootste snelheid van de auto tijdens deze beweging. d In figuur 3-5 op bladzijde 25 is de weerstand van deze auto gegeven als functie van de snelheid. Bepaal met behulp van deze figuur de weerstand bij deze berekende snelheid. e Hoe groot is de motorkracht bij deze snelheid? Opgave 17 Voor deze proef heb je een buis met olie nodig met een kogel erin. Ga voorzichtig om met de buis; deze is zeer breekbaar! a Laat de kogel verticaal naar beneden door de olie gaan. Welke krachten werken er op de kogel? b Als de kogel begint te vallen, is de beweging even versneld. Als je de krachten uit a vergelijkt wat kun je er dan over zeggen? c Waarom gaat de kogel na korte tijd eenparig bewegen? Ruud de Moor Centrum Open methodes klas 2 werkboek2 41 Kr4 Krachten Opgave 18 Een auto rijdt met constante snelheid. In figuur 4-5a is deze auto getekend. a fig 4-5 b a Teken de vier krachten die op de auto werken en schrijf de namen erbij. b c De bestuurder laat het gaspedaal los. Teken in figuur 4-5b alle krachten die nu op een auto werken. Wat voor soort beweging voert de auto uit? Opgave 19 Een parachutist springt op 1000 m hoogte uit een vliegtuig.Eerst valt hij zonder geopende parachute. Na een tijdje vrije val trekt hij de parachute open. Hij remt snel af en gaat daarna langzaam naar de grond. In figuur 4-6 is de hoogte van de parachutist gegeven als functie van de tijd. a Op welk moment wordt de parachute opengetrokken? b Welke kracht heeft tijdens de val een versnellende werking? c Welke kracht heeft hier een vertragende werking? d Tussen welke tijden is de kracht met versnellende werking groter dan de kracht met vertragende werking? e Tussen welke tijden is de kracht met versnellende werking even groot als de kracht met vertragende werking? f Tussen welke tijden verandert de weerstand van de lucht tijdens de beweging? Ruud de Moor Centrum Open methodes klas 2 werkboek2 42 Kr4 Krachten Samenvatting Kr4 Een kracht in de bewegingsrichting heeft een versnellende werking. Een kracht, tegengesteld aan de bewegingsrichting heeft een vertragende werking. Weerstand is altijd een kracht met vertragende werking. Een beweging is versneld als de kracht met versnellende werking groter is dan de kracht met vertragende werking. Een beweging is vertraagd als de kracht met vertragende werking groter is dan de kracht met versnellende werking. Een beweging is eenparig als de kracht met versnellende werking even groot is als de kracht met vertragende werking. Als er geen beweging is, dan is de kracht met versnellende werking even groot als de kracht met vertragende werking. Bij rijdende voorwerpen zijn er twee soorten weerstand: de rol- en luchtweerstand. Ruud de Moor Centrum Open methodes klas 2 werkboek2 Ruud de Moor Centrum 43 Kr4 Krachten Open methodes klas 2 werkboek2 Kr5 44 Kr5 Krachten Verkeer In het verkeer spelen snelheid en kracht een belangrijke rol. We zullen toepassingen bekijken waarbij vooral ook de veiligheid in het verkeer aan bod zal komen. Opgave 1 In figuur 5-1 zie je een afbeelding van de snelheidsmeter en de kilometerteller van een nieuwe auto. De kilometerteller staat nu op 22882 km. a Met welke snelheid rijdt de auto? b Bereken wat de kilometerteller 40 minuten later zal aangeven als de auto met deze snelheid blijft rijden. Met een snelheidsmeter kun je op elk moment de snelheid van de auto aflezen. De snelheid staat aangegeven in km/u. In de natuurkunde gebruiken we meestal m/s. Opgave 2 In figuur 5-2 zie je een snelheid-tijd grafiek van een auto. a Leg kort uit hoe de auto beweegt. b Bereken de afstand die de auto tussen 40 en 60 seconden aflegt. De afstand die de auto tussen 0 en 40 seconden aflegt is 600 m. c Bereken de gemiddelde snelheid in meters per seconde tussen 0 en 40 s. d Wat valt je op aan het getal uit c als je het vergelijkt met de snelheid op 0 s en de snelheid op 40 s? e Als de snelheid-tijd-grafiek een rechte lijn is dan kun je de gemiddelde snelheid ook snel berekenen door het gemiddelde van begin en eindsnelheid te nemen. Bereken de gemiddelde snelheid tussen 60 en 120 seconden. Ruud de Moor Centrum Open methodes klas 2 werkboek2 f 45 Kr5 Krachten Bereken de afstand die de auto tussen 60 en 120 seconden aflegt. Ruud de Moor Centrum Open methodes klas 2 werkboek2 46 Kr5 Krachten Opgave 3 Als je in het verkeer rijdt is het belangrijk voldoende afstand te houden. Een auto rijdt met een snelheid van 10 m/s en ziet plotseling iemand oversteken. Hij besluit direct zo snel mogelijk te stoppen. In figuur 5-3 is met lijn A de snelheid-tijd-grafiek getekend van deze auto. Het moment dat de automobilist de persoon ziet is in de grafiek met een pijl aangegeven. fig 5-3 fig 5-4 a De tijd die verstrijkt tussen het zien en het indrukken van de rem wordt veroorzaakt door de reactietijd. Hoeveel bedraagt de reactietijd van de automobilist? b Bereken de afstand die hij bij beweging A in deze tijd nog aflegt. c De gemiddelde snelheid bij beweging A tijdens het afremmen bedraagt 5,0 m/s. Leg uit. d Bereken de afstand die hij nog aflegt tijdens het afremmen. e Bij remmen maakt men wel onderscheid tussen de remafstand en de stopafstand. Met remafstand bedoelt men de afstand die tijdens het remmen wordt afgelegd. Hoe groot is de stopafstand hier? Ruud de Moor Centrum Open methodes klas 2 werkboek2 Ruud de Moor Centrum 47 Kr5 Krachten Open methodes klas 2 werkboek2 48 Kr5 Krachten Opgave 4 In figuur 5-3 zie je ook hoe de snelheid-tijd-grafiek zou hebben gelopen als de snelheid van de auto 20 m/s zou hebben bedragen (grafiek B). Grafiek C hoort bij een beginsnelheid van 30 m/s. a Bereken de remafstand bij 20 m/s en 30 m/s. In figuur 5-4 zie je hoe de remafstand van deze auto afhangt van de snelheid. b Als de snelheid 2x zo groot wordt (bijvoorbeeld van 15 m/s naar 30 m/s), dan wordt de remafstand 4x zo groot. Controleer met de grafiek uit figuur 5-4. c Bij mist is het zicht op de snelweg 100 m. Hoe hard mag hoogstens gereden worden om nog op tijd stil te kunnen staan als je alleen met de remafstand rekening hoeft te houden? d In de stad mag 50 km/u gereden worden. Hoe groot is de remafstand die bij deze snelheid hoort? Wat vind je van de maximale snelheid van 50 km/u? e De stopafstand hangt van een aantal dingen af. Noem er drie. g Er is een mooie applet over remmen. Onderzoek hiermee jouw reactietijd. Probeer met deze applet uit te vinden hoe stroef de weg was bij voorgaande voorbeelden. Je moet er dus voor zorgen dat de remweg overeenkomt met figuur 5-4. f Opgave 5 Als je van een tafel springt is het niet verstandig dit met gestrekte knieën te doen. a Waarom eigenlijk niet? b Hoe moet het wel? c Als je een rauw ei van 1 m hoogte loslaat en op de grond wilt laten vallen zonder dat het breekt, welke voorzorgen moet je dan nemen? Ruud de Moor Centrum Open methodes klas 2 werkboek2 d 49 Kr5 Krachten Bij afremmen zijn twee dingen van belang. De remkracht en de remweg. Formuleer je antwoord uit c nog eens waarbij je deze twee begrippen gebruikt. Opgaven 6 In de voorgaande vragen hebben we een algemene regel leren kennen. Hoe groter de remweg des te kleiner de remkracht. a Als je voorin de auto zit en er wordt plotseling heel hard geremd, wat gebeurt er dan als je geen veiligheidsgordel om hebt? b Waarom kun je je niet gewoon tegenhouden door je schrap te zetten? c Waarom zijn veiligheidsgordels veerkrachtig? Een kreukelzone moet de gevolgen van een botsing met een auto beperken. In figuur 5-5 zie je wat er gebeurt als een auto met een fantastische kreukelzone tegen een muur botst. fig 5-5 d Leg uit waarom dit de inzittenden beschermt. Gebruik hierbij weer de begrippen remkracht en remweg. e Leg uit of een kreukelzone aan de achterkant zin heeft. Ruud de Moor Centrum Open methodes klas 2 werkboek2 50 Kr5 Krachten Het deel waar de inzittenden zich bevinden mag natuurlijk niet kreukelen. Daarom maakt men dit deel juist extra sterk door met dikke ijzeren balken een soort kooi te maken. Ruud de Moor Centrum Open methodes klas 2 werkboek2 51 Kr5 Krachten Opgave 7 Om de effecten van veiligheidsgordels te onderzoeken heeft men proefpoppen in auto's geplaatst en deze vervolgens laten botsen. Hiervan worden dan films gemaakt die later beeldje voor beeldje worden afgedraaid. In figuur 5-6 zie je twee filmseries. Ze geven beide de beweging van de proefpop bij een botsing. De bovenste serie is zonder veiligheidsgordel en de onderste met. In de figuren komt 1 cm overeen met 100 cm in werkelijkheid. fig 5-6 a Bereken uit serie A de horizontale verplaatsing van het hoofd ten opzichte van de auto tussen 0 en 0,04 s. b Bereken de snelheid van het hoofd. c Leg uit hoe groot de snelheid van de auto is. In figuur 5-7 zijn twee grafieken C en D te zien. Ze geven de vertragende kracht te zien die de proefpop ondervindt, met en zonder gebruik van gordel. d Leg uit welke filmseries bij de grafieken C en D horen. Ruud de Moor Centrum Open methodes klas 2 werkboek2 52 Kr5 Krachten Opgave 8 Er zijn nog een paar voorzieningen in een auto die de veiligheid van de inzittenden moeten vergroten: de luchtzak en de hoofdsteunen. De luchtzak (airbag) treedt in werking bij een heftige botsing. Een zak vult zich heel snel met lucht en vormt een stootkussen voor het bovenlichaam. Zie figuur 5-8. a Waarom mag de luchtzak niet bij kleine botsingen gaan werken? b Waartoe dienen de hoofdsteunen? c Zou het verstandig zijn een helm te dragen in een auto? d Ken je nog meer voorzieningen die de veiligheid van de mensen in een auto vergroten? Samenvatting Kr5 De gemiddelde snelheid tussen twee tijden = snelheid halverwege deze tijdstippen. De snelheid moet dan wel volgens een rechte lijn toe- of afnemen. De stopafstand is de remafstand + de reactie-afstand. De remafstand is de afstand die de auto nog aflegt vanaf het begin van het remmen. De reactieafstand is de afstand die de auto aflegt tijdens de reactie tijd van de automobilist. Als de snelheid twee keer zo groot wordt, dan wordt de remafstand vier keer zo groot. Veiligheidsgordel en airbag zorgen ervoor dat bij een botsing de inzittenden van een auto worden afgeremd. Ruud de Moor Centrum Open methodes klas 2 werkboek2 53 Kr6 Krachten Kr6 Herhalingsstof krachten: Opgave 1 In figuur 6-1 zie je een snelheid-tijd grafiek van een fietser. a Kijk naar figuur 6-1 en zet in de goede volgorde: · De fietser gaat met een constante snelheid · De fietser gaat de heuvel af · De fietser gaat de heuvel op b Bereken welke afstand de fietser aflegt tijdens het traject dat hij met een constante snelheid rijdt. c Wat is de gemiddelde snelheid van de fietser tussen de 40 en 60 seconde? d Bereken welke afstand de fietser aflegt tussen de 40 en 60 seconde. e Bereken de afstand die de fietser tussen de 0 en 120 s aflegt Ruud de Moor Centrum Open methodes klas 2 werkboek2 54 Kr6 Krachten Puzzel van opgave 2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Opgave 2 Vul de puzzel in. Als je alles juist hebt ingevuld kun je een woord lezen in de donkere kolom. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Als je wilt versnellen heb je een .... nodig. Afstand die je aflegt tijdens het remmen. Eenheid van tijd. In het kabinet heb je gewerkt met een apparaat waarbij de weerstand van een glijertje die heen en weer beweegt te verwaarlozen is. Hoe heet dit apparaat? Als je langzamer rijdt, is je remweg... De afstand die je aflegt vanaf het moment dat je ziet dat je moet remmen tot het moment dat je werkelijk remt. Als je remt ga je ................... Deze kracht helpt mee als je de heuvel af fietst Wat is de eenheid van kracht? Als je de afstand deelt door de tijd dan krijg je de ... Deze wind werkt nooit mee. Ruud de Moor Centrum Open methodes klas 2 werkboek2 55 Kr7 Krachten Kr 7 Uitbreidingsstof krachten: Opgave 1 Practicum: de opwaartse kracht van water Als je iemand in het zwembad optilt dan kost het minder kracht dan dat je de persoon op het droge optilt. Dit komt omdat het water een opwaartse kracht op die persoon uitoeffent. In het volgende practicum gaan we de opwaartse kracht van water onderzoeken. Voor deze proef heb je nodig: Bekerglas met water 3 blokjes van Aluminium (met een verschillend volume) 1 blokje van Messing 1 blokje van perspex Krachtmeter Uitvoering: a Bepaal het gewicht en het volume (lengte x breedte x hoogte) van het kleinste blokje aluminium en noteer deze in de eerste kolom van de tabel. Dompel nu het blokje Aluminium al hangend aan de veerunster volledig in het water. Noteer het gewicht en de gewichtsafname in de tabel. Gewicht blokje (N) Volume blokje (cm3) Gewicht blokje in water (N) Gewichtafname in het water (N) Gewichtafna me / volume Aluminiu m klein Aluminiu m middel Aluminiu m groot Messing groot Perspex groot Ruud de Moor Centrum Open methodes klas 2 werkboek2 56 Kr7 Krachten b c Herhaal de metingen voor alle andere blokjes en noteer alle gegevens in de tabel. Wat valt je op als je naar de gewichtsafname kijkt van de blokjes van Aluminium? d Wat valt je op als je naar de gewichtsafname kijkt van de grote blokjes? e Vul nu de kolom gewichtsafname/volume in. Wat valt je op als je naar deze kolom kijkt? Hoe kun je dit verklaren? f Bedenk de conclusies bij deze proef Schrijf de titel, de antwoorden op de vragen en de conclusies van deze proef op een apart blaadje en stop dit in je dossier. Opgave 2 buitenpracticum In het onderstaande practicum gaan we de remweg van een fietser onderzoeken. We gaan bekijken welke invloed de snelheid en welke invloed de massa op de remweg heeft. Om dit uit te zoeken meten we de remweg van een fietser die langzaam fietst, een fietser die in een normaal tempo fietst, een fietser die snel fietst. Daarna meten we het bovenstaande weer maar dan met iemand achterop. Maak een groepje van ongeveer 4 personen. Lees eerst de tekst goed door zodat je weet wat je moet doen voordat je buiten staat. Je hebt nodig: meetlint fiets pen en papier krijtje (of iets anders waarmee je kunt markeren) Uitvoering: a Ga met je groepje en een fiets op het parkeerterein van de school staan. Kies een stukje uit waar geen auto in de buurt staat zodat je lekker je gang kunt gaan. Zet een lijn op de grond met je krijtje of maak gebruik van een lijn die op het parkeerterein staat. Eén persoon gaat met zijn fiets ongeveer 20 meter van de lijn af staan en fietst langzaam naar de lijn toe. Pas als zijn voorwiel de lijn raakt mag de fietser beginnen met remmen. Rem zo hard mogelijk. Als de fietser stil staat moet hij/zij nog even op die plek wachten tot de afstand is opgemeten. Ruud de Moor Centrum Open methodes klas 2 werkboek2 b 57 Kr7 Krachten Meet de afstand tussen de lijn en het voorwiel van de fiets en noteer die in de tabel. Herhaal deze meting voor een fietser die normaal en snel fietst. Herhaal hierna nog alle metingen met een passagier achter op de fiets en noteer deze ook in de tabel. Ruud de Moor Centrum Open methodes klas 2 werkboek2 remafstand fietser langzaam (m) 58 remafstand fietser normaal (m) Kr7 Krachten remafstand fietser snel (m) zonder passagier met passagier c Ga met je groepje weer naar het klaslokaal. Kijk goed naar je resultaten. Wat zou de conclusie van deze proef kunnen zijn? d Schrijf de titel van de proef en de conclusie op een blaadje en stop dit in je dossier. Ruud de Moor Centrum Open methodes 05/06 klas 2 antwoorden 59 kr8 antwoorden Kr 8 Antwoorden Kr1 Kracht als oorzaak van snelheidsverandering 1a b c d e f de trap het afzetten de motor de klap de explosie het ontspannen van de boog 2b c d e bij a en b veerkracht alleen bij de krachtpatser, daar kan beweging ontstaan. tegenwind remt. 3a b c de spierkracht de veerkracht de spierkracht 4a b c d e het ijzer gaat naar de magneet toe er gebeurt niets naar de magneet toe van de magneet aftrekken spierkracht 5a b c het papiertje beweegt naar de buis toe ja, want het gaat bewegen naar de buis toe 6a b c e versneld ja, want hij gaat steeds sneller bewegen naar de aarde toe de aarde trekt overal aan; een magneet niet 7a b c d ja, want anders schiet hij terug nee, alles staat nu stil nee, nu veroorzaakt de spierkracht geen beweging meer de veerkracht en de spierkracht 8a b c het blokje gaat bewegen het blokje blijft op zijn plaats de derde uitspraak 9b pijlen tegengesteld gericht Ruud de Moor Centrum Open methodes klas 2 antwoorden 60 c d 10a b c/d pijlen even lang de krachten zijn even groot en tegengesteld gericht De veerkracht even groot en tegengesteld gericht 11a b/c spierkracht en zwaartekracht 12a b c/d zwaartekracht en magnetische kracht tegengesteld gericht en even groot kr8 antwoorden 13a zwaartekracht en veerkracht b even groot en tegengesteld gericht c/d 14a b c/d zwaartekracht en veerkracht van de plank even groot en tegengesteld gericht Ruud de Moor Centrum Open methodes klas 2 antwoorden 15a b 61 kr8 antwoorden zwaartekracht de veerkracht van het schuimrubber Ruud de Moor Centrum Open methodes klas 2 antwoorden 62 Kr2 Het meten van krachten 1a b c d zwaartekracht en veerkracht die zijn even groot, want de veer is even ver uitgerekt. de veer wordt verder uitgerekt. 2a/b proef c d trekkracht van de schijfjes e nee, met twee schijfjes veer niet twee keer zo als met een schijfje. f/g proef g 6xde uitrekking per nullengte. 3a b c d e f g 4a b c/d 5a b c d 6 lengte, oppervlak, inhoud. s ja, je kunt lengte meten liter, minuut, uur meter per seconde (m/s) tijd m2 proef 1,2 cm proef 4,0 N 4,0 N 4,0 N naar rechts elke veer 4,0 N, dus samen 8,0 N trekkracht van de aarde en veerkracht van de plank, beide 40 kN 7a b 6,5 N naar links Ruud de Moor Centrum kr8 antwoorden is de lang schijfje + de Open methodes klas 2 antwoorden 8a b c d e f g h i 9a b c d e f 10a b c d e 63 kr8 antwoorden 1,7 N zwaartekracht 1,7 N 1,7 N 1,1 N 0,6 N (1,7 -1,1) zwaartekracht 1,7 N en steunkracht 1,7 N zwaartekracht 1,7 N veerkracht 0,5 N en steunkracht 1,2 N ( 1,7 - 0,5) 3,0 cm (zie grafiek) 5,0 cm (bij 5,0 N) - 3,0 cm (bij 0 N) = 2,0 cm Per 5,0 N rekt de veer 2,0 cm uit per N dus 2,0:5 = 0,40 cm uitrekking De veer is nu 23 x 0,40 = 9,2 cm uitgerekt. De veer is nu 3,0 + 9,2 = 12,2 cm lang. De grafiek doortrekken naar links 2,0 cm Bij 10 N is de veer 6,7 cm lang de uitrekking is dan 4,7 cm. Per N is de uitrekking dus 4,7:10 = 0,47 cm. De uitrekking bij 15 N is dan 15 x 0,47 = 7,1 cm de lengte is dan 7,1 + 2,0 = 9,1 cm. De lijn doortrekken tot 15 N en dan aflezen. Per N is de uitrekking kleiner. De veer is dus stugger. 11 Elke veer is 7,0 cm lang. De veerkrachten kun je in de grafiek van figuur 2-7 aflezen. Veer A is 11,0 N en veer B 7,5 N. De zwaartekracht is dus 7,5 + 11,0 = 18,5 N. 12a b c d 0N 1,0 N 3,3 N . Schatten. Ruud de Moor Centrum Open methodes klas 2 antwoorden 64 kr8 antwoorden Kr3 Weerstand als kracht 1 2 3a b. c/d als er een even grote en tegengesteld gerichte kracht is door het aan een geijkte veer te hangen 1,3 N ; te meten door het aan een geijkte veer te hangen zwaartekracht 1,3 N en steunkracht 1,3 N e g h het blokje gaat niet bewegen, dus moet er een tegengestelde kracht van 0,20 N zijn 0,20 N 0N 4a b c e f g 0,10 N 0,30 N nee, bij een bepaalde grootte gaat het blokje glijden. 0,4 N 0,4 N nee, 0,4 N is niet gelijk aan 1,3 N. 5a b c ongeveer 0,2 N 0,1 N ongeveer 0,4 N 6a b door de ruwheid van de ondergrond door de kracht waarmee je trekt 7a b c d 2,0 N groter dan of gelijk aan 2,0 N 1,5 N steeds harder trekken en dan kijken bij welke trekkracht het blokje in beweging komt Ruud de Moor Centrum Open methodes klas 2 antwoorden Ruud de Moor Centrum 65 kr8 antwoorden Open methodes klas 2 antwoorden Ruud de Moor Centrum 66 kr8 antwoorden Open methodes klas 2 antwoorden 67 kr8 antwoorden 8a/c b d e nee, de trekkracht van 2,0 N is kleiner dan de maximale waarde van de glijweerstand. ja, want de trekkracht is groter dan de maximale waarde van de glijweerstand 9a b ondergrond glad maken natte tegelvloer of ijs 10a b c d e ongeveer 0,30 N 0,0 N eenparige beweging beweging wordt niet afgeremd zwaartekracht en duwkracht van de lucht 11a hard opgepompte banden hebben een kleinere rolweerstand door dunnere hard opgepompte banden te gebruiken het windvangend oppervlak verkleinen door bijvoorbeeld diep voorovergebogen te fietsen de glijweerstand is nodig voor afzetten bij lopen, fietsen, autorijden, maar wordt ook gebruikt bij het remmen bijvoorbeeld bij de remblokjes, door de glijweerstand blijf je in remmende auto's en treinen op je plaats. b c d 12a b c 250 N (zie grafiek) 100 N (zie grafiek bij 0 m/s) 250 - 100 = 150 N Ruud de Moor Centrum Open methodes klas 2 antwoorden Ruud de Moor Centrum 68 kr8 antwoorden Open methodes klas 2 antwoorden 69 kr8 antwoorden d 700 - 100 = 600 N Kr4 Krachten met versnellende en vertragende werking 1a b c de zwaartekracht versneld versnellende werking 2a b de motorkracht versnellende werking 3a b de remkracht of de glijweerstand vertragende werking 4a b de zwaartekracht vertragende werking 5 de glijweerstand, de rolweerstand, en de luchtweerstand 6 proef 7a b c d e f bij proef A : versneld bij proef B : eerst vertraagd en daarna versneld in de tegenovergestelde richting 0N door met een geijkte veer de glijder met draaiende propeller stil te houden de motorkracht nee eerst vertragende werking, daarna versnellende werking 8a b De sterkte motorkracht De zwakste motorkracht 9a b c e f g versneld naar rechts die van de linker propeller die van de rechter propeller vertraagd naar links en daarna versneld naar rechts eerst de kracht van de rechterpropeller en later de kracht van de linker propeller eerst de kracht van de linker propeller en later de kracht van de rechter propeller 10a nee, dan zou hij versneld bewegen d Ruud de Moor Centrum Open methodes klas 2 antwoorden b 70 kr8 antwoorden nee, dan zou hij vertraagd bewegen 11a b 12a b c d de krachten heffen elkaar op, dus er werkt eigenlijk geen kracht De krachten heffen elkaars werking op dus niet versneld of vertraagd de versnellend werkende kracht is groter dan de vertragend werkende kracht de vertragend werkende kracht is groter dan de versnellend werkende kracht even groot even groot 13a b c 1 en 2 3 en 6 4 en 5 14a b c d e f g h i j 1,7 N 1,7 N met 12d 1,7 N 1,7 N 12c 1,7 N 1,7 N 12c 16 a b c d zwaartekracht en steunkracht van de weg. Deze krachten zijn evengroot de motorkracht, deze is 250 N de rol en luchtweerstand samen 250 N 350 N, want hij rijdt weer eenparig met 30 m/s 17a b c d e van 0 tot 6,0 s tijdens het versnellen 6,0 tot 8,0 s tijdens de eenparige beweging van 100 m(bij 6,0 s) tot 160 m(bij 8,0 s) dus 60 : 2 = 30 m/s 440 N (grafiek) 440 N (eenparige beweging) 18a b c zwaartekracht en glijweerstand nu is de zwaartekracht eventjes groter dan de glijweerstand dan is de glijweerstand even groot als de zwaartekracht geworden Ruud de Moor Centrum Open methodes klas 2 antwoorden 71 kr8 antwoorden 19a+b c vertraagd 20a b c d e f op 20,0 s want dan wordt de beweging vertraagd zwaartekracht luchtweerstand van 0 tot 6,0 s. van 6,0 tot 20,0 s en na 20,5 s van 0 tot 6,0 s, als hij steeds sneller valt, en van 20,0 tot 20,5 s als de parachute open gaat. Kr5 Verkeer 1a 65 km/u (zie figuur) b 22925 km want afgelegd 43 km dus tellerstand: 22882 + 43 = 22925 km 65 km 60 min 1 40 : 60 x 40 2a van 0 tot 40,0 s versneld, van 40,0 tot 60,0 s eenparig , van 60,0 tot 120,0 s vertraagd. b c d e f 20 x 30 = 600 m 15,0 m/s : 600 m : 40,0 s = 15,0 m/s 15,0 m/s is de snelheid halverwege 0 en 40 s. De snelheid halverwege 60 en 120 s is weer 15 m/s. 60 x 15 = 900 = 0,90 km Ruud de Moor Centrum Open methodes klas 2 antwoorden 72 kr8 antwoorden 3a 0,5 s (zie grafiek) b c d e 0,5 x 10 = 5,0 m; begin = 10 m/s eind = 0 m/s gemiddelde snelheid is 5,0 m/s, 10 m; de remtijd is 2,0 s; dus de remafstand is 2,0 x 5,0 = 10 m 10 + 5 = 15 m. 4a bij 20 m/s: 40 m want remt 4,0 s en de gemiddelde snelheid is 10 m/s dus 10 m 1s 4 x4 bij 30 m/s: 90 m want de remtijd is 6,0 s en de gemiddelde snelheid is 15 m/s dus 15 m 1s 6 b c d e f klopt 90x m6 (bij 30 m/s) is 4 x 23 m (bij 15 m/s) zie grafiek remafstand moet 100 m zijn dus 32 m/s = 115 km/u 50 km/u 14 m/s 21 m. 50 km/u is dus te snel. reactietijd, snelheid en remkracht ongeveer 0,5. 5a b c d de knieën moeten dan een te grote kracht opvangen doorbuigen in de knieën, zodat de 'remafstand' groter wordt en de remkracht kleiner vergroten van de remafstand, dus op schuimrubber laten vallen. Je moet proberen de remafstand zo groot mogelijk te maken en de remkracht dus zo klein mogelijk. 6a b c d e dan vlieg je tegen de voorruit, omdat je onvoldoende wordt afgeremd dan moet de tegenkracht wel groot zijn, waarschijnlijk breek je dan je armen. dan rekken ze bij de botsing uit en wordt de remweg nog wat groter. bij een vergrote remafstand is de remkracht kleiner, je wordt dan minder beschadigd Ja want de remweg wordt weer groter voor degene die achterop botst. 7a b c d 3,0 mm in de tekening dus 30 cm 8,0 m/s ( 0,30 : 0,04) Het hoofd heeft nog even dezelfde snelheid als de auto 8,0 m/s C is bij gebruik van de gordel, D is zonder gordel Ruud de Moor Centrum Open methodes klas 2 antwoorden 8a b 73 kr8 antwoorden bij kleine botsing hoeft geen grote kracht te worden opgevangen ; de grote kracht van de uitzettende luchtzak zou dan juist letsel kunnen veroorzaken om te zorgen dat het hoofd bij een botsing van achteren gesteund wordt Ruud de Moor Centrum Open methodes klas 2 antwoorden c d 74 kr8 antwoorden nee, daardoor wordt het hoofd bij een botsing te zwaar en zal er bij de botsing een te grote kracht op de nek worden veroorzaakt kooiconstructie voor bescherming tegen zij-aanrijdingen, veiligheidsstuur dat bij een botsing naar beneden zakt Kr 6 herhalingsstof krachten 1a b c d e De fietser gaat met een constante snelheid, de fietser gaat de heuvel op (snelheid neemt af), de fietser gaar de heuvel af (snelheid neemt toe) Constante snelheid van 4 m/s gedurende 40 seconde dus: 40 x 4 = 160 meter Beginsnelheid 4 m/s, eindsnelheid 2 m/s dus gemiddelde snelheid = 3 m/s 20 x 3 = 60 meter 60 x 4,5 = 270 270 + 60 + 160 = 490 meter 2 1 k r a c h t 2 r e m w e g 3 s e c o n d e 4 l u c h t k u k o r t e r e a c t i 7 l a n g 8 z w a t o n 10 s n e 11 t e g 5 6 9 r n e w s s e n b a a e a f s t a n d z a m e r a r t e k r a c h t l h e i d e n w i n n d Kr 7 uitbreidingsstof 1 2 proef proef Ruud de Moor Centrum Open methodes 2HV werkboek1 75 Bijlage Beweging HET VERSLAG Titel Boven een verslag moet een titel gezet worden. De titel moet duidelijk maken waar het verslag over gaat. Onderzoeksvraag Wat wil je te weten komen met dit onderzoek? Soms zijn er ook meerdere onderzoeksvragen. Je verdeelt de onderzoeksvraag dan in hoofd- en deelvragen. Hypothese Wat denk je dat het antwoord is op je onderzoeksvraag? Wat verwacht je dat er gaat gebeuren?De hypothese moet niet zomaar een gok zijn. Je moet altijd aangeven waarom je denkt dat dit het antwoord is. Je maakt dan gebruik van dingen die je al weet, van de theorie die je al gehad hebt.Werkwijze Maak een tekening van je opstelling. Eigenlijk moet er in de werkwijze ook precies staan hoe je dit onderzoek (stap voor stap) gedaan hebt. Maar dit staat al in je boek. Indien je precies gedaan hebt wat in het boek staat dan mag je gewoon verwijzen naar je boek (dus zie boek blz...). Als je van het voorschrift ben afgeweken moet je dat hier opschrijven. Resultaten Wat neem je waar? Wat heb je gezien? Wat heb je gemeten? Bij de resultaten horen de beschrijvingen van wat je waargenomen hebt. Als de waarnemingen in getallen uitgedrukt worden, moet je deze in een tabel zetten en de getallen ook in een grafiek weergeven. Ook moeten hier de antwoorden op de vragen komen die in het boek gesteld worden. Conclusie Je wilde iets te weten komen met de proef en in de conclusie laat je zien wàt je te weten gekomen bent. Je geeft antwoord op je onderzoeksvraag. Schrijf er ook bij of je hypothese klopte of niet. Kun je de resultaten verklaren? Ruud de Moor Centrum Open methodes