Zwaartekracht is de kracht die we het meest ervaren in het dagelijkse leven. Het is één van de vier fundamentele natuurkrachten.
Zwaartekracht is een kracht die voorwerpen met zwaarte (massa) op elkaar uitoefenen. Deze kracht werkt op afstand: de voorwerpen hoeven niet bij elkaar in de buurt te zijn. De kracht neemt wel toe als de voorwerpen dichter bij elkaar zijn. En als op een voorwerp een nettokracht wordt uitgeoefend, dan wordt dat voorwerp versneld.
In de renaissance was de Italiaanse wetenschapper Galileï van mening dat het zoeken naar de oorzaak van een beweging begint met het nauwkeurig opmeten van hoe iets beweegt. Met een waterklok als tijdmeter onderzocht hij de versnelling van een vallend voorwerp.
Jij gaat dit onderzoek nu zelf met modernere apparatuur doen.
Het experiment dat je gaat doen voor het onderzoek kan op school gedaan worden bij de toa. Dit wordt aangeraden, maar het is niet noodzakelijk: het kan hier ook online in een simulatie.
Bij de verwerking van je resultaten heb je de keuze uit: bepalen met behulp van raaklijnen of bepalen met behulp van coördinatentransformatie. Je mag zelf je weg daarin kiezen, dus kijk even welke je het meest aanspreekt. Vaak kiezen wisA-leerlingen voor de raaklijnen en wisB-leerlnigen voor de transformatie.
Voorkennis
Je hebt voor dit hoofdstuk voorkennis nodig:
s,t-diagram (aflezen en maken)
v,t-diagram (aflezen en maken)
raaklijnen (tekenen en berekenen)
formule voor snelheid (beheersen)
formule voor versnelling (beheersen)
Om te testen of je deze voorkennis beheerst kun je onderstaande voorkennistoets doen.
Als je voorkennis mist, dan kun je linkjes naar informatie en uitlegfilmpjes vinden onder 'Naslagwerk'
- begrijp je de werking van een vrije-val apparaat
- kun je g bepalen met behulp van een vrije-val apparaat door middel van raaklijnen
of
- kun je g bepalen met behulp van een vrije-val apparaat door middel van coördinaat-transformatie.
Verkenning
1b
Schets de plaats-tijd-grafiek van deze beweging. Kies daarbij het punt van loslaten als 0-punt. Het laagste punt dat de kogel bereikt is dus 1,00 m. Ga er van uit dat de kogel 0,50 s over de val doet.
Een kogel wordt opgehangen aan een elektromagneet. Met een druk op de knop wordt de stroom in de spoel uitgeschakeld en tegelijkertijd een elektronische klok ingeschakeld. De kogel valt op een schakelaar die de klok stil zet. De valtijd kan worden afgelezen.
Ben je in de gelegenheid een echt experiment te doen? Doen!
figuur 1b
Vraag het materiaal voor de valproef en maak de opstelling van figuur 1a volgens het schema van figuur 1b. Laat de schakeling controleren voordat je de spanning inschakelt.
Benodigdheden: een voeding; een spoel van 1200 windingen met kern; 2 schakelaars; een teller; een tafelklem; een statiefstang van 100 cm; een T-klem; een stalen, een plastic en een houten kogel; 6 gekleurde snoeren en 1 meetlint.
Kun je niet beschikken over het materiaal voor de proef? Doe de simulatie.
Van het bovenstaande experiment bestaat ook een simulatie. Klik daarvoor hier en voer het experiment virtueel uit.
Uitvoering
2a
Hang de kogel op ongeveer 0,5 m hoogte boven de schakelaar aan de spoel. Meet vervolgens nauwkeurig de valafstand. Houd hierbij rekening met de diameter van de kogel en de hoogte van de schakelaar.
2b
Meet de valtijd van de kogel drie keer. Als je het aantal seconden op 2 decimalen afrondt, komt er dan steeds hetzelfde uit?
Zo ja: Je hoeft maar 1 metingen per afstand te doen. Rond af op 2 decimalen.
Zo nee: Meet steeds per afstand 3 maal en noteer het gemiddelde aantal seconden, afgerond op 2 decimalen.
2d
Neem de tabel over. Meet de valtijden van de ijzeren kogel voor valafstanden van ongeveer 90, 80, 70, 60, 50, 40, 30, 20, 10 en 5,0 cm. Meet wel telkens nauwkeurig de werkelijk ingestelde afstand. Noteer je waarnemingen in de tabel.
2e
Verwerk nu in een diagram je meetresultaten uit 2d en teken met potlood en een mooie vloeiende kromme, de afstand-tijd-grafiek van de vallende kogel.
2f
Ga na of je grafiek klopt met de volgende gemeten valtijden. Je kunt hieraan zien of je voldoende nauwkeurig gewerkt hebt. Bij 36 cm hoort ongeveer 0,27 s; bij 53 cm 0,33 s en bij 75 cm hoort 0,39 s.
Met behulp van raaklijnen kun ej van de ene formule naar de andere
3a
Bepaal de snelheid van de kogel op 0,30 s met de raaklijnmethode. [?]
3b
Bepaal op deze manier de snelheid op minstens 3 andere tijdstippen; zet deze snelheden en tijden in een tabel en maak hiermee een snelheid-tijd-grafiek voor de beweging van de vallende kogel. Probeer een rechte lijn te trekken.
3c
Hoe zou uit je grafiek moeten blijken dat de beweging van de vallende kogel een eenparig versnelde beweging is?
3d
Bereken de versnelling van de vallende kogel. Dit is de richtingscoëfficiënt van de lijn in je v,t-diagram.
3e
Stel de snelheidsformule op voor de beweging van de vallende kogel.
Verwerking 2 - bepaling via coordinaten-transformatie
met een coordinaten-transformatie ga je van de ene grafiek naar de andere
Maak een nieuwe tabel. Zet in de ene kolom t² en in de andere 2s. Vul beide kolommen met de waarden van t en s uit de metingen - maar nu met t² en met 2s.
Maak een nieuwe diagram. Zet horizontaal t² uit tegen verticaal 2s en teken een rechte lijn door deze punten.
Tip: zorg er bij het tekenen voor dat je evenveel punten boven als onder de lijn hebt, dan heb je een mooi gemiddelde.
(Je grafiek kun je straks onderaan deze bladzijde controleren)
Bereken g aan de hand van de rico.
Deze zou in de buurt moeten zijn van de 9,8 m/s² - maar kan soms tot wel 0,5 afwijken.
Als dit zo is, probeer dan te bedenken waar het aan ligt, bijv.:
Het arrangement Natuurkunde ontdekken - arrangement: krachten & versnelling is gemaakt met
Wikiwijs van
Kennisnet. Wikiwijs is hét onderwijsplatform waar je leermiddelen zoekt,
maakt en deelt.
Auteur
Chris Bax
Laatst gewijzigd
2023-06-19 21:45:59
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.
Leeromgevingen die gebruik maken van LTI kunnen Wikiwijs arrangementen en toetsen afspelen en resultaten
terugkoppelen. Hiervoor moet de leeromgeving wel bij Wikiwijs aangemeld zijn. Wil je gebruik maken van de LTI
koppeling? Meld je aan via info@wikiwijs.nl met het verzoek om een LTI
koppeling aan te gaan.
Maak je al gebruik van LTI? Gebruik dan de onderstaande Launch URL’s.
Arrangement
IMSCC package
Wil je de Launch URL’s niet los kopiëren, maar in één keer downloaden? Download dan de IMSCC package.
Wikiwijs lesmateriaal kan worden gebruikt in een externe leeromgeving. Er kunnen koppelingen worden gemaakt en
het lesmateriaal kan op verschillende manieren worden geëxporteerd. Meer informatie hierover kun je vinden op
onze Developers Wiki.
1b
Controle van 1b
Controle van 2e
Controleer hier je grafiek
