We weten inmiddels allemaal dat dit het laatste jaar is van het Gilde College aan de Bandoengstraat. Volgend jaar gaan we naar de nieuwbouw. Afgelopen week kregen we een telefoontje van de geneemte Hengelo. Er zijn namelijk plannen gemaakt voor deze oude locatie.
Het oude schoolgebouw wordt in z'n geheel gesloopt en op het terrein komt een nieuw attractiepark!
Nu is de vraag van de gemeente of wij met onze leerlingen een aantal attracties kunnen ontwerpen, waaronder de gaafste achtbaan! De gemeente vraagt aan jou of jij voor hen wil onderzoeken welke constructie nou het sterkst is en welke ze het beste kunnen gebruiken. Daarnaast geven ze jullie de opdracht om in een groepje zelf een zo sterk mogelijke constructie in de vorm van een achtbaan te bouwen. Deze ideeën nemen zij weer mee voor de bouw van een nieuwe achtbaan. Spannend dus!!
Maar voordat we kunnen beginnen aan deze ontwerpen, is het handig om eerst wat te weten over hoe zo'n achtbaan precies werkt en in elkaar zit.
Werk de stappen door in dit arrangement en samen komen we dan tot een mooi ontwerp!
Wat ga je leren?
Dit is een leerarrangement voor de 2e klas van het VMBO-kader over krachten en constructies.
Er worden allerlei oplossingen bedacht om bouwsels stevig te maken.
Zo heeft jouw lichaam een skelet met botten voor de stevigheid en hebben sommige insecten een stevig lichaam, pantser genoemd.
Het stevig maken van een bouwsel kan op vele manieren. Alleen het bouwsel is niet genoeg.
Als je een tent opzet, heb je niet voldoende stevigheid aan alleen de haringen.
Er moeten tenstokken door het zeil die stevigheid geven, anders valt de tent om.
Waarom valt een tent om?
Dat komt door krachten. Denk aan zwaartekracht en windkracht.
Zwaartekracht trekt een constructie namelijk naar de grond toe en om deze kracht te overwinnen, zijn er hulpmiddelen nodig.
In deze lessenserie leer je welke krachten er zijn en welke hulpmiddelen gebruikt kunnen worden om bouwsels en constructie zoals achtbanen, stevig te maken.
Wat leer je?
- Je kunt straks verschillende soorten krachten herkennen en hiervan de werking en toepassing beschrijven
(spierkracht, zwaartekracht, wrijvingskracht, magnetische kracht, windkracht, g-kracht).
- Je weet straks hoe je krachten kunt tekenen en meten
- Je weet straks wat hefbomen zijn en op welke manier met een kleine kracht een grote kracht wordt uitgeoefend en omgekeerd.
- Je weet wat draaipunten zijn.
- Je kunt aangeven welke krachten belangrijk zijn bij constructies.
-Je weet welke middelen een constructie sterk maakt.
Wat ga je doen?
Dit ga je doen:
Deze lessenserie is opgebouwd in 10 lessen.
Er zijn opdrachten die je alleen maakt, maar ook in tweetallen of in groepjes.
Aan het eind van de lessenserie volgt er een kennistoets.
Het kan zijn dat je sneller of langzamer werkt dan iemand anders en daardoor voor of achterloopt.
In de verschillende stappen van dit arrangement lees je welk onderdeel je in welke les kan maken zodat je bij blijft.
Ben je al klaar met de les in de Wikiwijs en heb je tijd over? Hoofdstuk 10 en 12 van Explora deel 2 sluiten mooi aan.
Overleg met je docent wat je hieruit kan maken.
Werk van boven naar beneden en lees tussendoor de tekst goed. Je moet soms vragen tussendoor beantwoorden
om te zien of je de leerlinhoud begrepen hebt.
Je mag gerust vragen stellen aan de docent. Het kan zijn dat de docent af en toe een opdracht uitlegt.
Dit is vooral bij de opdrachten waarbij je in groepjes werkt.
Succes en veel plezier!
Soorten krachten
Les 1
We hebben elke dag met veel verschillende krachten te maken.
Je kunt krachten niet zien, maar je kunt wel zien wat krachten doen.
Eigenlijk kan een kracht twee dingen doen: Een kracht kan een voorwerp
vervormen (denk aan het kneden van klei of een stok buigen) en een kracht kan
een voorwerp laten bewegen (denk aan het schoppen tegen een bal of een
ballon in de lucht houden door er tegenaan te blazen)
Er zijn een heleboel verschillende soorten krachten, maar voordat we het daarover gaan hebben ga je naar opdracht 1.
Opdracht 1: Mindmap
Maak een mindmap over krachten.
Wat weet je al, waar denk je aan bij krachten?
Deze opdracht mag je alleen doen, maar ook met je buurman of buurvrouw.
Oja, de afkorting van kracht is F (van het engelse woord Force).
May the FORCE be with you!
Zwaartekracht
Als je iets laat vallen, dan valt dat altijd naar beneden en nooit omhoog. Dat komt dus door zwaartekracht.
De aarde is erg groot en heel zwaar. Omdat de aarde zo zwaar is, trekt het alles wat in de buurt is naar zich toe. Dat trekken noemen we zwaartekracht.
De zwaartekracht is in Nederland 9,81 newton per kg.
Soms gebruikt men de afgeronde waarde, namelijk 10 N/kg. De afkorting is Fz.
Isaac Newton was de eerste die nadacht over de zwaartekracht.
Alles heeft zwaartekracht (zelfs jij en ik), maar je merkt het eigenlijk alleen maar bij hele grote objecten. Jouw zwaartekracht trekt aan de aarde, maar de zwaartekracht van de aarde trekt veel harder aan jou. Mensen, satellieten en de maan worden bijvoorbeeld door de zwaartekracht van de aarde aangetrokken. En de aarde wordt aangetrokken door de zwaartekracht van de zon.Toch trekt de maan ook aan de aarde, maar omdat de aarde zo groot en zwaar is komt ze bijna niet van haar plek af.
.
Eb en vloed
Toch merken we wel wat van de zwaartekracht van de maan. Dat merken we namelijk aan eb en vloed.
De maan trekt aan de aarde en alles wat daar op te vinden is, dus ook al het water. Als de maan boven Nederland staat dan trekt het al het water (een beetje) naar zich toe en staat het water hoog, dat noemen we vloed.
Als de maan dan om de aarde heen draait en aan de andere kant staat wordt het water aan de andere kant van de aarde naar de maan getrokken en zakt het aan onze kant. Als het water laag staat noemen we dat eb.
Zwaartekracht bepaald hoe zwaar iets aanvoelt. Omdat de aarde groter is dan de maan, trekt de aarde harder dingen aan dan de maan. Als je dus op de maan zou rondlopen zou je een stuk lichter zijn en kun je bijvoorbeeld veel hoger springen.
In de ruimte zweven verschillende dingen om de aarde heen. bijvoorbeeld een satelliet, een astronaut en ruimteschepen. In de ruimte worden ze aangetrokken door de zwaartekracht en vallen ze dus eigenlijk naar de aarde. Gelukkig zijn deze dingen heel hoog en gaan ze ook nog eens heel snel naar de zijkant. Hierdoor "missen" ze de aarde tijdens het vallen en blijven ze om de aarde heen draaien.
Gewicht
Gewicht betekent niet zomaar hoe zwaar iets is. Gewicht is ook een kracht. Het is namelijk de kracht die een object uitoefent op een ander object. Dit klinkt misschien een beetje raar, dus ik zal een paar voorbeelden geven: Als je op een weegschaal staat, dan kan je op de weegschaal zien hoeveel gewicht je uitoefent op de weegschaal. Je duwt het naar beneden. Dat is hoe zwaar je bent. Wanneer je aan een touw hangt dan oefen je gewicht uit op het touw (jouw gewicht trekt aan het touw). Maar jouw gewicht is niet altijd hetzelfde!
Heb je wel eens in een achtbaan of een schommelschip hebt gezeten? Dan heb je misschien weleens gemerkt dat het lijkt alsof je zweeft. Je vliegt dan eigenlijk een klein beetje door de lucht. Je zit dan niet op de stoel of bank en je hangt ook nergens aan. Op dat moment oefen je dus geen gewicht uit, je bent gewichtloos!
Spierkracht
Les 2
Spierkracht is een kracht die iedereen heeft. Je gebruikt je spieren elke dag om verschillende handelingen uit te voeren zoals: lopen, tillen, een dopje van een fles draaien en zelfs gewoon rechtop zitten.
Niet iedereen heeft even sterke spieren, en de spierkracht is hierdoor ook per persoon verschillend.
Er zijn veel middelen om te helpen bij het versterken van spieren. Dit wordt vaak gedaan door te sporten in bijvoorbeeld een sportschool.
Spierkracht is niet alleen om "sterk" te worden, maar ook om een gezond lichaam te hebben en te houden. Slappe spieren worden namelijk snel moe, en als jouw spieren moe zijn heb je een grotere kans op blessures.
Wist je dat ......
een mens heeft 639 spieren die 40% van je lichaamsgewicht is;
je kleinste spiertje zit in je oor;
je grootste spier is je bilspier;
de langste spier zit in je bovenbeen;
de sterkste spier is je tong;
je spieren in je ogen wel 100.000 keer per dag bewegen, vooral als je slaapt ;
als je loopt je 200 spieren tegelijk gebruikt;
om sterkere spieren te krijgen je 3 keer in de week naar een sportschool moet gaan;
om te fronsen heb je 40 spieren nodig;
En voor bovendien : om te lachen gebruik je 20 spieren!
Veer- en Spankracht
Veerkracht ontstaat wanneer een voorwerp wordt uitgerekt of gebogen. Niet elk voorwerp heeft veerkracht (glas kan je niet uitrekken bijvoorbeeld). Maar een duikplank kan je wel buigen. Dat noemen we veerkrachtige objecten.
Spankracht ontstaat wanneer een touw of kabel strak gespannen wordt. Hoe strakker iets gespannen staat, hoe meer spankracht er op zit. Denk bijvoorbeeld aan bungeejumpen. Als de springer helemaal naar beneden is gesprongen staat het koord heel erg strak, dit betekent dat er veel spankracht op staat.
Veren gaan altijd terug naar hun oorspronkelijke vorm. Een veer kan je vervormen, indrukken bijvoorbeeld.
Als je loslaat krijgt hij zijn vorm weer terug. Dat geeft kracht. De kracht die een veer geeft, heet veerkracht.
Opdracht 2: Wipkip
In het nieuwe attractiepark komt een grote speeltuin voor kinderen.
De gemeente vraagt aan jou of je schaalmodel wilt maken voor een wipkip.
Gebruik hierbij het werkblad. Je mag het voorbeeld van de wipkip gebruiken, maar ook zelf een dier/voertuig etc. bedenken.
Magneten zijn materialen die andere magneten kunnen beïnvloeden vanaf een afstand.
Dat beïnvloeden doen ze door middel van de magnetische kracht. Magneten worden gebruikt om bijvoorbeeld kastdeuren te sluiten. Ook worden magneten veel gebruikt bij elektrische apparaten zoals in speakers, een computer, in een telefoon. Ook worden magneten bijvoorbeeld gebruikt in deurbellen en in verschillende spelmaterialen.
Magneten bestaan uit 2 "polen". De ene pool wordt de noordpool genoemd. De andere wordt de zuidpool genoemd. Twee verschillende polen trekken elkaar aan en twee dezelfde polen stoten elkaar af (een noordpool en een zuidpool trekken elkaar dus aan, maar twee zuidpolen stoten elkaar af).
De woorden noordpool en zuidpool ben je misschien wel eens vaker tegengekomen, maar niet toen het over magneten ging. De aarde heeft namelijk ook twee polen en deze polen zijn ook magnetisch. De aarde is dus eigenlijk een hele grote magneet. Bedenk maar dat er in de aarde een hele lange magneet zit, maar de zuidkant van de magneet is bij de noordpool en de noordkant van de magneet op de zuidpool. Doordat de aarde een magneet is, en tegenpolen elkaar aantrekken, wijst een kompas dus altijd naar het noorden. Het noordelijke uiteinde van de magnetische naald van je kompas zoekt dus altijd de zuidkant van de langwerpige magneet in de aarde op. Daardoor wijst de naald automatisch naar de Noordpool, het noorden dus.
Met magneten trek je niet alleen andere magneten aan, maar je kunt er ook metaal zoals ijzer mee aantrekken. Dat komt omdat ijzer van zichzelf al een beetje magnetisch is.
Wrijvingskracht
Wrijvingskracht (of weerstandskracht). Wrijvingskracht is heel snel en simpel zelf te ervaren. Wrijf maar eens snel in je handen. Merk je dat ze warm worden?
Wrijvingskracht is namelijk een kracht die gaat over wat er gebeurd als twee objecten langs elkaar wrijven. Deze objecten kunnen bijvoorbeeld twee handen zijn, schuurpapier en hout of zelfs lucht en een vliegtuig.
Er kan weinig wrijving tussen twee objecten zijn (Bedenk maar hoe makkelijk je over ijs kan glijden) en er kan veel wrijving tussen twee objecten zijn (over rubberen tegels kan je juist helemaal niet makkelijk glijden). Daarom zijn banden van rubber, dan glijdt een auto niet zomaar van de weg af. En daarom zijn schanieren vaak van glad metaal, dan glijden de twee objecten soepel langs elkaar en hoef je dus niet hard te duwen.
Je merkt soms misschien wel dat je tijdens het fietsen de lucht tegen je aan kan voelen drukken. Hoe harder je gaat, en hoe harder de wind staat, hoe harder de wind tegen je aandrukt. Ook dit is wrijving. Vliegtuigen willen zo min mogelijk weerstand hebben, zodat ze gemakkelijk door de lucht kunnen vliegen. Als een vliegtuig weinig luchtweerstand heeft dan wrijft de lucht er minder hard tegenaan.
Windkracht
Met wind bedoelen we de beweging van de lucht rond de aarde.
Er hangt altijd lucht rondom de aarde, maar dat voelen wij niet. Pas als de lucht gaat bewegen, dan voelen wij dat als wind. Het ontstaan van wind heeft te maken met luchtdruk. Op de aarde heb je gebieden waar minder lucht boven de aarde hangt, dat noemen we een lagedrukgebied. Ook zijn er gebieden waar meer lucht boven de aarde hangt, dat noemen we een hogedrukgebied. Windkracht wordt gebruikt voor het opwekken van energie: Windenergie.
G-krachten
Op aarde zorgt de zwaartekracht ervoor dat alles wat omhoog gaat, ook weer naar beneden komt.
Maar als je sneller valt dan de zwaartekracht, komen er G-krachten in het spel.
Een paar G is leuk in de achtbaan, maar te veel G-krachten kunnen dodelijk zijn.
G-krachten in de achtbaan
De g-krachten op de passagiers en de karretjes zijn onder te verdelen in positieve, negatieve en zijwaartse g-krachten.
Positieve g-krachten ervaart men als het je in het treintje wordt gedrukt, negatieve g-krachten als het treintje bijvoorbeeld over een heuvel in het parcours gaat.
Laterale g-krachten voel je vaak in een bocht, je wordt dan naar links of rechts geduwd.
Als laatst heb je dan nog horizontale g-krachten, die voel je bij een onnatuurlijke versnelling, bijvoorbeeld als je vooruit wordt gesleurd door de voorkant van de trein terwijl je achteraan zit, een lancering, een onverwachte bocht in de baan, ... of als de achtbaantrein aan het einde van de rit wordt afgeremd door de remmen.
Voorbeelden van elementen die spelen met de g-krachten:
De eerste afdaling of first drop is de eerste grote val. Vaak recht en haast verticaal naar beneden, maar soms ook met een bocht of een spiraal (een helix).
De pre-drop is een kleine val die soms aanwezig is vóór de First Drop, bijvoorbeeld als de baan eerst nog een bocht maakt bovenaan de optakeling. Een voorbeeld van een achtbaan met een pre-drop is de Phyton in de Efteling.
Een helix, soms ook wel Bayern Kurve genoemd, is een schuin gezette bocht die naar beneden of boven loopt.
De camelback ("kamelenrug") of bunny hop is een grote hobbel die vaak volgt op de First Drop.
Opdracht 3: Herken de kracht
Oefening: Herken de kracht
Oefening: Herken de kracht
0%
Je bent inmiddels heel wat te weten gekomen over krachten.
Test nu je kennis en neem dit mee naar het ontwerp voor de achtbaan.
Je meet krachten met een krachtmeter. je hebt verschillende soorten krachtmeters.
Een krachtmeter die je bij het vak nask tegenkomt, bestaat uit een buis met daarin een veer.
Aan de veer zit een haakje om voorwerpen aan te hangen.
Bij het streepje dat je door de buis ziet, lees je de grootte van de kracht af.
De eenheid van kracht is newton. De afkorting van newton is N.
Bekijk het volgende filmpje over het meten van krachten.
Krachtmeters hebben een schaalverdeling in newton (N). Isaac Newton (1642-1727) onderzocht de rol van de zwaartekracht in het zonnestelsel. Hij ontdekte hoe de zwaartekracht afhangt van de massa.
Op aarde is er een eenvoudig verband tussen de zwaartekracht en de massa van een voorwerp.
-Op een voorwerp van 0,1 kg (100 g) werkt een kracht van 1 N.
-Op een voorwerp van 0,5 kg (500 g) werkt een kracht van 5 N.
-Op een voorwerp van 1,0 kg (1000 g) werkt een kracht van 10 N.
Om de zwaartekracht te vinden ( in N), moet je de massa ( in kg) vermenigvuldigen met 10. Je kunt deze rekenregel ook schrijven in letters:
Fz = m . g
Fz is de zwaartekracht
m is de massa van het voorwerp
g is de sterkte van de zwaartekracht
Stel een voorwerp is 55 kg. Bereken de zwaartekracht op het voorwerp.
Fz = m . g
Fz = 55. 10 = 550 N
Krachten tekenen
Je kunt krachten heel eenvoudig tekenen als pijlen.
Die pijlen worden vectoren genoemd. 1 pijl noem je dus een vector.
De richting geeft aan in welke richting de kracht werkt, het beginpunt geeft aan waar de kracht wordt uitgeoefend en de lengte van de pijl geeft aan hoe groot de kracht is.
Fv is de veerkracht
Fz is de zwaartekracht
Om aan te geven dat het om een kracht gaat, wordt bij de pijl een F gezet (van force=kracht)
Met een extra letter wordt aangegeven om welk type kracht het gaat.
Er is met de zwaartekracht iets bijzonders aan de hand.
Elk stukje voorwerp wordt door de aarde aangetrokken. Toch teken je hier niet allemaal piepkleine pijltjes voor. Je kunt ze door 1 grote pijl vervangen die middenin het voorwerp begint. Het massamiddelpunt. Daar ligt het zwaartepunt.
Die ene grote pijl vat het effect van de zwaartekracht samen.
Print het volgende werkblad uit en maak de opdrachten.
Gebruik bij het beantwoorden van de vragen de informatie van het meten en tekenen van krachten.
De speerwerper werpt zijn speer zo ver mogelijk. Daarom gooit hij met een zo groot mogelijke kracht. Hij moet de speer ook in de juiste richting werpen. Verder is belangrijk dat hij de speer op het juiste punt vasthoudt.
Een kracht heeft
een aangrijpingspunt; een punt van het voorwerp waarop de kracht werkt. Het aangrijpingspunt ligt hier ongeveer in het midden van de speer.
een richting; een kracht heeft altijd een richting. De kracht op de speer werkt hier schuin omhoog.
een grootte; hoe groter de kracht hoe verder de speer komt.
Een kracht teken je als een pijl met een beginpunt, een lengte en een richting.
Opdracht 5: Proefje
Les 5
Op de volgende website vind je allemaal proefjes met krachten.
Samen met een klasgenoot kies je een proefje uit.
Je demonstreert deze aan je klasgenoten en legt uit hoe het proefje werkt.
Je gebruikt dagelijks je spierkracht om dingen los te draaien, te openen en op te tillen. Maar soms heb je niet genoeg kracht om dat voor elkaar te krijgen.
In zo'n geval kan je beter een hefboom gebruiken.
Je spierkracht werkt op het uiteinde van de steeksleutel, ver van het draaipunt. Hierdoor oefent de sleutel een kracht uit op de moer, dicht bij het draaipunt. De kracht op de moer is veel groter dan jouw spierkracht. Daardoor kun je de moer gemakkelijk losdraaien.
Een steeksleutel, een klauwhamer, een flesopener, een deurkruk, een nijptang, de pedalen van je fiets: het zijn allemaal hefbomen.
Een hefboom is een stevig uitgevoerd voorwerp dat kan ronddraaien rond een draaipunt.
Als je een hefboom gebruikt, zijn er twee krachten van belang. Om te beginnen oefen je zelf een kracht op de hefboom uit.
Die kracht noem je werkkracht. De hefboom gaat hieroor een kracht uitoefen op een ander voorwerp.
Dus:
Met een hefboom kun je een kracht vergroten
Een hefboom heeft een draaipunt
De inspanning is de kracht die je op de hefboom uitoefent
De last is de kracht die je met een hefboom wilt overwinnen
Werkt de kracht ver van het draaipunt? Dan is de kracht groter
Hoe groter de hefboom, hoe meer kracht je kunt zetten
Een katrol kun je gebruiken om dingen omhoog te hijsen. Als je bijvoorbeeld een tafel omhoog wilt hijsen, moet je met een kracht van ongeveer 100 N aan het touw trekken. Een katrol vergroot je kracht niet. Als je 1 meter kabel inhaalt, gaat de tafel ook 1 meter omhoog. Toch is een katrol wel een handig ding voor deze klus. Het is makkelijker om een touw naar beneden te trekken dan omhoog.
Opdracht 6: Spelletje!
Hieronder staat een interactieve applet. Speel eerst met de "intro" app.
Speel vervolgens het spel en ga door tot je level 4 hebt afgerond!
Als de applet te klein is op je scherm kan je ook op bovenstaand icoontje klikken.
Een constructie is alles wat uit twee of meer delen is gemaakt, zoals een achtbaan.
Een huis, een tafel, een fiets zijn allemaal constructies. Een glas, gemaakt van één stuk glas, is dus géén constructie. Het woord constructie komt van het Latijnse woord: construere. Con- betekent samen en -struere betekent bouwen. Het woord zegt het dus al: samenbouwen oftewel uit onderdelen gebouwd.
Eisen die gesteld worden aan een constructie:
Hij moet sterk zijn.
Soms moet hij ook licht zijn.
Ze moet uit elkaar te halen zijn of juist niet.
Hij moet vormvast zijn.
Hier kun je nog meer lezen over krachten in constructies
Als je een constructie wilt maken, bijvoorbeeld een achtbaan, vraag je je eerst af:
welke materialen ga ik gebruiken?
hoe ga ik de onderdelen aan elkaar vastmaken?
hoe groot ga ik de constructie maken?
ga ik de constructie afbreekbaar maken?
moet constructie inklapbaar zijn?
hoe stevig moet de constructie zijn?
etc.
Bouwen
Als je een huis bouwt, worden er allerlei materialen gebruikt. Bijvoorbeeld beton, baksteen, glas, hout en kunststof.
Een gebouw of brug mag onder zijn eigen gewicht niet instorten en moet tegen zware windstoten kunnen.
Een architect moet rekening houden met de krachten die op elk onderdeel van een huis komen te staan.
Hij kan niet zomaar elk willekeurig bouwmateriaal gebruiken.
De architect moet rekening houden met drukkrachten en trekkrachten.
Drukkrachten zijn krachten die het materiaal in elkaar drukken.
Trekkrachten zijn de krachten die het materiaal uitrekken.
Drukkracht wordt ook wel duwkracht genoemd.
Bakstenen
Bakstenen worden van klei gemaakt. In houten vormen krijgen ze uiteindelijk hun vorm.
Daarna worden ze gedroogd om het water eruit te halen.
Daarna worden ze in een 1100°C warme oven gebakken. Baksteen wordt veel gebruikt als bouwmateriaal.
Muren van bakstenen zijn goed geschikt voor het opvangen van drukkrachten. Ze zijn niet geschikt tegen trekkrachten, dan ontstaan er scheuren. Daarom worden ze zo gebouwd, dat ze alleen drukkrachten opvangen.
Beton
Als je zand, cement, water en grind in de juiste verhouding mengt en het laat uitharden, krijg je beton. Beton wordt gebruikt om het fundament van een huis op te bouwen.
Het is niet goed bestand tegen trekkrachten. Als er iets zwaars op een betonnen vloer komt, komen er trekkrachten op de onderkant te staan en komen er scheuren. Beton wordt bestand gemaakt tegen trekkrachten door middel van een ijzeren geraamte. Je krijgt dan gewapend beton. Daarvan worden vloeren vaak gemaakt.
Hout en staal
Hout is niet sterk genoeg om grote ruimtes mee te overspannen.
Hout is goed tegen beide krachten bestemd, maar niet sterk genoeg om er grote ruimtes mee te overspannen. Daarvoor kun je beter staal gebruiken. In plaats van massieve, zware en dure stalen balken, worden er profielbalken gebruikt, die minder wegen maar grotere krachten kunnen doorstaan.
Drukkrachten en trekkrachten
De muren van een gebouw worden door het gewicht van het huis in elkaar gedrukt. De muren moeten daarom gemaakt worden van een materiaal dat goed tegen drukkrachten kan.
Op andere delen van een huis komen trekkrachten te staan. Die rekken het uit, bijvoorbeeld bij sommige balken in het dak.
Op sommige delen van een huis werken niet alleen drukkrachten, maar ook trekkrachten. Bijvoorbeeld op een vloer waar een piano op staat. Die buigt dan een klein beetje door. De bovenkant wordt in elkaar gedrukt en de onderkant wordt uitgerekt.
De achtbaan was oorspronkelijk een weg of spoor in de vorm van het cijfer 8, waarbij op de knoop een brug staat, zodat de ene lus onder de andere door loopt.
Deze vorm van weg of parcours werd aanvankelijk gebruikt voor kermisattracties, waarbij wagentjes konden rondrijden zonder elkaar te hinderen.
Ook indoorwedstrijden met motoren worden soms, omdat daar de ruimte beperkt is, op zo'n achtbaan gereden.
Tegenwoordig is het begrip sterk uitgebreid en staan de meeste achtbaanconstructies in attractieparken waarbij wagentjes ingewikkelde krullen volgen, al dan niet met kruisende lussen aan hoge snelheid.
Achtbanen kunnen gebouwd zijn uit hout of staal. Dergelijke achtbanen, ook roetsjbanen of rollercoasters genoemd, zijn populair doordat de rit een zogenaamde kick geeft: de inzittenden maken tijdens de rit een grote hoeveelheid adrenaline aan. Belangrijk bij een goede achtbaan zijn de g-krachten en het ontwikkelen van airtime (zweeftijd).
Een trein van een achtbaan mag natuurlijk niet ontsporen.
Daarom ga je in een achtbaan alleen naar voren of naar achteren, en níet van links naar rechts. De trein moet het spoor áltijd blijven volgen.
De werking van een achtbaan
Een achtbaantrein bestaat uit verschillende onderdelen.
Aan elkaar geschakelde, zeer stevige, onderstellen en zogenaamde ‘coaches’.
Coaches zijn ‘bakken’ waar de mensen in plaats nemen; meestal vier mensen per coach: in twee rijen van twee.
Omdat de trein zich door bochten, loopings en allerlei andere elementen moet manoeuvreren, moet de trein uitgerust worden met verschillende draaipunten.
Verticale draaipunten voor bochten naar links en rechts, horizontale draaipunten voor heuvels (omhoog en naar beneden) en draaipunten in de lengte van de trein, voor ‘gebankte’ bochten te kunnen maken.
Om de trein een bepaalde hoeveelheid zwaarte-energie te geven wordt deze door een ‘lifthill’ omhoog getrokken.
Eenmaal boven ontkoppelt de trein van de ketting van de lifthill en stort vervolgens naar beneden (de zwaarte-energie wordt dan omgezet naar kinetische energie).
Er zijn ook achtbanen waarbij de achtbaantrein wordt gelanceerd. Daar wordt dan geen gebruik gemaakt van een lifthill.
Lanceren kan op verschillende manieren: door middel van magneten, door middel van luchtdruk en door middel van een vliegwiel. De oudste methode om achtbaantreinen af te vuren is door middel van een vliegwiel. Een kabel die op een rol vast zit, is vastgegrepen op het treintje (met een grijpmechanisme). Er is ook een vliegwiel, wat continue staat te draaien. Als nu de as van het vliegwiel op de as van de rol wordt gezet, komt ook de rol in beweging. De rol draait, dus wordt de kabel aangetrokken en opgewikkeld. Zo komt de trein in beweging.
Bij magneten werkt het als volgt. De lanceerbaan bestaat uit tientallen magneten en de trein heeft een ijzeren kop. Doordat de magneten van polen steeds wisselen (in een ritme), krijgt de trein steeds meer snelheid en wordt afgevuurd.
Ook zijn er sinds kort achtbanen die door middel van luchtdruk worden afgeschoten.
Er is een grote tank, met aan de ene kant een lage luchtdruk en aan de andere kant een hoge luchtdruk.
Door aan de kant van de hoge druk lucht toe te voeren onder hoge druk, verplaatst de cilinder die tussen het hoge- en het lagedruk gedeelte zit zich in de richting van de lage druk.
De cilinder zit ook vast aan een kabel, die op zijn beurt weer bevestigd is aan de trein. Als de cilinder dus naar links verschuift verschuift de kabel mee. Omdat de cilinder aan die kabel zit, die vastgekoppeld is aan de trein, komt de trein in beweging en wordt afgeschoten.
Om de achtbaantrein na een ritje weer tot stilstand te brengen moeten er remmen op het einde van de baan worden bevestigd.
Het remmen kan ook weer op verschillende manieren gebeuren. De meest gebruikte manier is te remmen op luchtdruk. Er bevinden zich remblokken in de baan en remvinnen onder de trein. De remblokken werken op luchtdruk. Als er geen lucht wordt toegevoerd staan de remblokken (de remmen dus) dicht.
Voor het remmen van de achtbaantrein worden er steeds vaker magneten gebruikt. De remblokken zijn dan vervangen door permanente magneten, die – als de trein stil staat – weer uit elkaar kunnen worden geschoven, zodat de trein weer verder rolt.
Bij achtbanen werken verschillende krachten.
Zwaartekracht speelt een grote rol bij achtbanen. Als je in een wagentje naar beneden suist, lijkt het of je zweeft.
De zwaartekracht is de kracht van de aarde die aan jouw lichaam trekt.
Door de zwaartekracht val je steeds weer terug. Deze kracht wordt ook G-krachtgenoemd.
De G staat voor gravitatie, een ander woord voor zwaartekracht.
De aarde trekt met een kracht van 1 G aan je. Daarom heb je een bepaald gewicht.
Tijdens een val is de G-kracht kleiner. Je gewicht neemt af. Eventjes voel je jezelf zo licht als een veertje. Schiet je omhoog in je wagentje, dan wordt de G-kracht veel groter. Je voelt de druk.
In een achtbaan word je eerst in een wagentje omhooggetrokken. Daarna rijdt het wagentje vanzelf naar beneden. Dat gaat steeds sneller. Het wagentje krijgt steeds meer bewegingsenergie, ook wel kinetische energie genoemd..
Tot je weer omhooggaat. Dan gaat het steeds langzamer.
De energie die in de beweging zit, gaat langzaam weer over in potiëntele energie.
Tot het wagentje weer de volgende heuvel afrijdt.
Het wagentje haalt elke volgende heuvel alleen maar als die iets lager is dan de vorige. Dat komt omdat het wagentje steeds een beetje energie verliest. Door de lucht en ook doordat de wielen altijd wat weerstand moeten overwinnen.
Op een glijbaan krijg je bewegingsenergie.
Als je bij een achtbaan over de kop gaat, val je niet uit het wagentje. Dat komt door de centrifugale kracht.
Deze kracht ontstaat als iets ronddraait of door een bocht gaat.
Denk maar aan een emmer met water. Als je die rondzwaait, blijft het water in de emmer. Ook al zwaai je hem over je hoofd.
Is de centrifugale kracht te klein, dan valt het water uit de emmer. Bij achtbanen moeten de wagentjes heel snel door een lus of looping rijden. Anders vallen ze naar beneden.
Om te zorgen dat de trein van een achtbaan een bepaalde hoeveelheid zwaarte-energie (de arbeid die een voorwerp in staat is te verrichten als gevolgen van de huidige toestand van het voorwerp) krijgt, wordt deze door de lifthill omhoog getakeld. Zodra het treintje boven is wordt de trein van de ketting ontkoppelt en stort deze naar beneden. Dit zorgt ervoor dat de zwaarte-energie omgezet wordt naar kinetische energie (een vorm van energie die het treintje heeft vanwege de traagheid van massa en is, recht evenredig met de massa en het kwadraat van de snelheid).
Praktische opdracht
Opdracht 9: Maak een achtbaan
Je hebt zojuist een filmpje gekeken van een papieren achtbaan.
Natuurlijk rijden hier geen echte treintjes door, maar rollen er knikkers over de baan.
Misschien had je vroeger ook wel een knikkerbaan om mee te spelen.
Deze bestonden vaak uit hout of plastic. Dat zijn relatief stevige materialen voor dit soort kleine constructies.
Ga nu beginnen met de opdracht.
Begin bij stap 1 en werk zo naar stap 7.
Werk samen in groepjes.
Print het werkblad met de stappen uit zodat je niet telkens op de wikiwijs hoeft te kijken.
Beantwoord aan het eind van de opdracht de 10 vragen.
Stap 1: Introductie
Les 9
In deze les ga je met je groepje zelf aan de slag en een achtbaan maken van papier!
Welk groepje maakt de langstdurende baan?
Stap 2: Verkennen
Belangrijk is dat je stevige constructies gebruikt.
Je weet inmiddels hoe zwaartekracht werkt, een knikker zal naar beneden rollen.
Daarom is het handig de knikkerbaan vanaf boven te laten beginnen.
Je mag gebruik maken van tafels, stoelen, etc.
Wie maakt de langst durende achtbaan??
Maak met je groepje een achtbaan.
Hoewel het lijkt dat je bovenaan begint, kun je toch het best onderaan beginnen en zo naar boven bouwen.
Lukt het ook om een looping te maken?
Een looping kan wel, maar dan moet de baan stevig zijn, anders gaat de energie van de knikker zitten in het bewegen van de baan en niet in de snelheid. De hoogte moet minstens 40 cm zijn en de doorsnede van de looping zo klein mogelijk.
Constructies van een papieren achtbaan
Stap 3: Opzetten
Wat heb je nodig:
Papierstroken (25 x 4 cm)
Lijm (plakstift)
Schaar
Knikker(s)
Kartonnen ondergrond
Hoe ga je te werk:
Kijk goed naar de tekening.
Vouw een gootje.
Knip er een stukje van 3cm af.
Maak daar een staander van.
Lijm staander en gootje vast.
Vouw het volgende gootje.
Maak een staander van 4 cm.
Lijm vast, enz.
Maak een bocht.
Knip precies tot de vouw.
Test de baan na iedere strook.
Vang de knikker aan het eind op.
Rem de knikker onderweg af.
Print de werkbladen uit, deze kun je op je tafel leggen tijdens het knutselen.
Tip: Voor een stevige baan is goed lijmen een eerste vereiste. Een druppeltje op de te lijmen plaats, uitsmeren en even laten aandrogen. Een overmaat lijm leidt tot slap papier en lange droogtijden.
Print het werkblad onderaan deze pagina van stap 1 tot en met 7 uit, dan hoef je niet telkens op de Wikiwijs te kijken.
Voordat je aan de kennistoets begint is het verstandig nog even de begrippenlijst door te nemen.
Wat was wat ook alweer? Hoe werkte dat ook al weer..
Ken je de soorten krachten nog?
Kun je zelf nog krachten tekenen en berekenen?
Wat zijn stevige constructies?
Lees de begrippenlijst goed door en zoek terug in de Wikiwijs als je twijfelt.
Begin daarna aan de toets.
Deze kun je ophalen bij je docent.
Hier krijg je een cijfer voor dat 2 keer meetelt!
Succes!
Begrippenlijst
Bewegingsenergie
Kinetische energie, ook wel bewegingsenergie genoemd, is een vorm van energie dat een lichaam of voorwerp in zich heeft doordat het beweegt. De massa en de snelheid van het lichaam of het voorwerp bepalen de hoeveelheid kinetische energie
Constructie
Een constructie is alles wat uit twee of meer delen is gemaakt, zoals een achtbaan.
Een huis, een tafel, een fiets zijn allemaal constructies. Een glas, gemaakt van één stuk glas, is dus géén constructie. Het woord constructie komt van het Latijnse woord: construere. Con- betekent samen en -struere betekent bouwen. Het woord zegt het dus al: samenbouwen oftewel uit onderdelen gebouwd.
Draaipunt
Het punt van het gereedschap dat stilstaat, terwijl de rest van het gereedschap omhoog of omlaag draait
G-krachten
Op aarde zorgt de zwaartekracht ervoor dat alles wat omhoog gaat, ook weer naar beneden komt.
Maar als je sneller valt dan de zwaartekracht, komen er G-krachten in het spel.
Een paar G is leuk in de achtbaan, maar te veel G-krachten kunnen dodelijk zijn.
Hefboom
Hefbomen zijn hulpmiddelen die een kracht kunnen vergroten. Een lange hefboom vergroot de kracht meer dan een korte hefboom. Enkele voorbeelden van hefbomen zijn een flesopener, notenkraker, koevoet en een nijptang.
Kracht
Een kracht kan: - iets in beweging zetten (bijvoorbeeld een auto); - voor een vormverandering zorgen (bijvoorbeeld bij een botsing); - voor een richtingverandering zorgen (bijvoorbeeld bij het koppen van een bal).
Krachtmeter
Met een krachtmeter kun je de zwaartekracht meten. Een krachtmeter heeft een maateenheid in newton.
Magnetische kracht
Als je een magneet bij een ijzeren spijker houdt, wordt de spijker aangetrokken. De magneet heeft een aantrekkingskracht op de ijzeren spijker. Deze kracht die een magneet uitoefent, noem je magnetische kracht. De magnetische kracht is het grootst bij de polen van de magneet.
Newton
De newton is de maateenheid voor kracht. Newton kort je af met de letter N.
Potientele energie
Een ander woord voor zwaarte energie. De energie die vrij komt door beweging dat het voorwerp maakt door een bepaalde actie waarbij beweginsenergie vrijkomt. Zoals de slinger van een klok. Deze gaat omhoog door bewegingsenergie en daarna weer naar beneden door potiëntele energie.
Spankracht
Spankracht ontstaat wanneer een touw of kabel strak gespannen wordt. Hoe strakker iets gespannen staat, hoe meer spankracht er op zit. Denk bijvoorbeeld aan bungeejumpen. Als de springer helemaal naar beneden is gesprongen staat het koord heel erg strak, dit betekent dat er veel spankracht op staat
Spierkracht
Spierkracht is de kracht die je zelf uitoefent. Bijvoorbeeld als je je schooltas optilt, gebruik je spierkracht. Ook dieren gebruiken spierkracht.
Vector
De pijl die je gebruikt als je krachten tekent heet een vector.
Veerkracht
Veerkracht is de kracht die ontstaat als een voorwerp wordt uitgerekt of ingedrukt. Denk aan een elastiekje. Als je elastiek uitrekt, voel je het elastiek aan je handen trekken.
Windkracht
Windkracht is de kracht die de wind uitoefent. Windkracht kun je goed voelen als je tegen de wind in fietst. Bij het zeilen en surfen maak je gebruik van windkracht. Dankzij de windkracht kun je je over het water verplaatsen. Windkracht kun je ook gebruiken om elektriciteit op te wekken. Dat kan met windmolens.
Wrijving
Een tegenwerkende kracht. Wrijving heb je als twee voorwerpen contact maken en over elkaar heen bewegen.
Wrijvingskracht
Als je voorwerpen over elkaar schuift, krijg je wrijving. Wrijving kun je goed voelen, als je een voorwerp over de vloer verschuift. Door de wrijving heb je een tegenwerkende kracht. Die kracht heet de wrijvingskracht. De wrijvingskracht hangt af van: de soort vlakken (soort materiaal) die over elkaar schuiven, de ruwheid van de vlakken, het gewicht van het voorwerp dat je verschuift.
Zwaartekracht
De zwaartekracht is de kracht waarmee de aarde aan jou trekt en aan alles om je heen.
Het arrangement Krachten en constructies is gemaakt met
Wikiwijs van
Kennisnet. Wikiwijs is hét onderwijsplatform waar je leermiddelen zoekt,
maakt en deelt.
Auteur
Cathelijne Berkhof
Je moet eerst inloggen om feedback aan de auteur te kunnen geven.
Laatst gewijzigd
2018-05-11 11:15:50
Licentie
Dit lesmateriaal is gepubliceerd onder de Creative Commons Naamsvermelding 4.0 Internationale licentie. Dit houdt in dat je onder de voorwaarde van naamsvermelding vrij bent om:
het werk te delen - te kopiëren, te verspreiden en door te geven via elk medium of bestandsformaat
het werk te bewerken - te remixen, te veranderen en afgeleide werken te maken
voor alle doeleinden, inclusief commerciële doeleinden.
Van dit lesmateriaal is de volgende aanvullende informatie beschikbaar:
Toelichting
Deze Wikiwijs bevat een leerarrangement voor verschillende lessen met het thema ‘krachten en constructies’, ontwikkeld voor een tweede klas VMBO-kader.
Deze Wikiwijs bevat een leerarrangement voor verschillende lessen met het thema ‘krachten en constructies’, ontwikkeld voor een tweede klas VMBO-kader.
een stevig lichaam, pantser genoemd.
In het nieuwe attractiepark komt een grote speeltuin voor kinderen.
Werkblad Wipkip
Wrijf maar eens snel in je handen. Merk je dat ze warm worden?
Maar soms heb je niet genoeg kracht om dat voor elkaar te krijgen.
Een steeksleutel, een klauwhamer, een flesopener, een deurkruk, een nijptang, de pedalen van je fiets: het zijn allemaal hefbomen.
Een katrol vergroot je kracht niet. Als je 1 meter kabel inhaalt, gaat de tafel ook 1 meter omhoog. Toch is een katrol wel een handig ding voor deze klus. Het is makkelijker om een touw naar beneden te trekken dan omhoog.
Een gebouw of brug mag onder zijn eigen gewicht niet instorten en moet tegen zware windstoten kunnen.
Beton wordt bestand gemaakt tegen trekkrachten door middel van een ijzeren geraamte. Je krijgt dan gewapend beton. Daarvan worden vloeren vaak gemaakt.
Daar wordt dan geen gebruik gemaakt van een lifthill.
Doordat de magneten van polen steeds wisselen (in een ritme), krijgt de trein steeds meer snelheid en wordt afgevuurd.
Maak een bocht.
Les 10
