Inleiding

Leerdoelen

Aan het einde van dit thema kan je:

• uitleggen wat materie is.

• het verschil tussen atomen en moleculen uitleggen.

• de onderdelen van een atoom herkennen en benoemen.

• verschillende soorten energie van elkaar onderscheiden.

• uitleggen waarom energie nooit verloren gaat.

• drie fasen van water benoemen en uitleggen met het deeltjesmodel.

• zes faseovergangen benoemen en omschrijven.

• de rol van temperatuur bij smelten en verdampen omschrijven.

• uitleggen wat dichtheid is en de eenheid benoemen.

• uitleggen wanneer stoffen ‘licht’ of ‘zwaar’ zijn.

• rekenen met dichtheid, massa en volume.

• hoe de temperatuur om je heen gemeten kan worden.

• onderdelen vloeistofthermometer benoemen en de werking uitleggen.

• smeltpunt van ijs en kookpunt van water.

• beschrijven wat er gebeurt als water kookt.

• uitleggen wat het kook- en smeltpunt van een stof is en waarom dit stofeigenschappen zijn.

• de belangrijkste bestandsdelen van lucht benoemen (in %).

• het belang van de 3 belangrijkste bestandsdelen van lucht voor het leven op aarde benoemen.

• de benaming van de laag lucht rond de aarde en uitleggen wat vacuüm is.

• uitleggen wat het betekent als lucht ijler wordt.

• je kunt uitleggen waardoor luchtdruk veroorzaakt wordt.

• je proef Maagdenburgse halve bollen uitleggen.

• eenheid van druk benoemen.

• het verband tussen luchtdruk en hoogte uitleggen.

• wat een hoge- en lagedrukgebied zijn en of de luchtdruk daar hoger of lager is dan daarbuiten.

• uitleggen wat geluid en een geluidsbron is.

• uitleggen hoe een mens via zijn trommelvlies geluid kan waarnemen.

• uitleggen wat frequentie inhoudt.

• uitleggen wat de toonhoogte is en welk verband er is met de frequentie.

• uitleggen wat Volume is en hoe je dat kan zien op een osciloscoop

• uitleggen wat Toonhoogte is en hoe je dat kan zien op een osciloscoop

• uitleggen welke invloed kracht heeft op voorwerpen.

• uitleggen wat het verschil tussen plastische en elastische vervorming is.

• herkennen wat een vector is en hoe je deze tekent.

• het verband leggen tussen de Normaalkracht en Zwaartekracht.

A. Aggregatietoestanden

1. Materie

Wat is wat?

Bijna alles bestaat uit materie. Met materie bedoelen we alle waarneembare stoffen met massa en die ruimte innemen. Dit zijn bijvoorbeeld atomen, moleculen, mengsels en zuivere stoffen.

Er bestaan ook waarneembare stoffen die we niet tot materie rekenen. Een voorbeeld daarvan is licht. Licht is ook waarneembaar, maar neemt geen echte ruimte is en heeft niet altijd een echte massa. Krachten zijn ook waarneembaar (zwaartekracht bijvoorbeeld), maar hebben geen echte massa/ nemen geen ruimte in.

Bij natuurkunde op de middelbare school leer je over de invloed van niet-materie (krachten en andere natuurkundige verschijnselen) op materie. De voorwaarde is hiervoor wel dat de materie hetzelfde moet blijven. Bijvoorbeeld water kan bevriezen als je de warmte weghaalt, maar het zijn wel nog steeds watermoleculen. Als je water gaat splitsen en er zuurstof en waterstof van maakt, dan hebben we het over scheikunde. Scheikunde gaat over het veranderen van de samenstelling van materie.

De basis

Om te begrijpen hoe dit allemaal werkt en er zelf ook over na te kunnen denken, moet je eerst de basis van materie begrijpen. Eerder heb je al het een en ander gehoord over moleculen en atomen, maar nu gaan we daar meer op in.

Atomen zijn de kleinste bouwstenen die jullie nu hoeven te kennen. Atomen zelf bestaan ook uit delen: de protonen, elektronen en neutronen. Wat dat zijn en welke invloed zij hebben, leer je later.

Atomen kunnen zich aan elkaar binden. 2 of meer atomen bij elkaar maken samen een molecuul. In onderstaande afbeelding zie je 4 witte atomen, 2 donkergrijze atomen en 2 rode atomen. Al die atomen zijn aan elkaar gebonden en vormen een nieuwe structuur: een molecuul. De losse atomen in dit molecuul zijn C, H en O, maar samen maken ze een stof.

Verder onderscheiden we materie ook in mengsels en zuivere stoffen. Met een zuivere stof bedoelen we een hoeveelheid stof die bestaat uit maar 1 soort atoom of 1 soort molecuul. Als je bijvoorbeeld een bakje hebt met 100% suikermoleculen, noemen we dat een zuivere stof.

In de natuur komt dit bijna niet voor, er zijn altijd wel andere stoffen die er door heen zitten. Water uit een sloot bevat namelijk ook modder, vissenslijm en stukjes alg. Dat noemen we een mengsel. Maar ook thee of limonade is een mengsel, omdat er iets aan het water is toegevoegd.

2. Deeltjesmodel

Je weet nu dat materie bestaat uit deeltjes/moleculen/atomen. Dat is een goed begin, maar het verklaart nog niet alles. Je weet nu dat 1 watermolecuul bestaat uit H en O atomen, maar water zelf kan verschillende vormen aannemen. Water bestaat uit atomen, maar hoe komt het dat water ook hard en vast kan zijn? Of dat water boven ons hoofd in een wolk kan zweven?

Dat gaan we in dit deel van de wikiwijs allemaal uitleggen.

We beginnen bij het deeltjesmodel. Een stof bestaat uit verschillende moleculen of atomen, die noemen we ook wel deeltjes. Die deeltjes kunnen heel dicht op elkaar gedrukt zitten (B), een beetje tegen elkaar aan gedrukt zitten (A) of helemaal ver van elkaar af liggen(C). Dat doet wel iets met de vorm van de stof natuurlijk! In onderstaand plaatje is 1 bolletje 1 molecuul.

De drie fasen

Bij een vaste stof, bijvoorbeeld bevroren water, liggen alle deeltjes/moleculen dicht op elkaar. Daarom is ijs hard en kan je er niet zomaar in drukken, alle deeltjes zitten stevig aan elkaar vast en hebben een eigen plaats.

Bij een vloeistof, bijvoorbeeld water, liggen de deeltjes wel nog dicht op elkaar, maar zitten ze niet zo stevig op hun plaats als bij ijs. Daarom is een plas water nog wel een geheel, maar kan je er wel met je hand doorheen duwen.

Bij een gas, bijvoorbeeld waterdamp, liggen de moleculen ver uit elkaar. Ze raken elkaar bijna niet meer. Daarom zijn gassen heel licht en zweven ze makkelijk omhoog en om ons heen. Soms liggen de moleculen ver uit elkaar en zie je het gas niet eens. Soms komen de moleculen in de lucht wel bij een beetje elkaar en zien we een gaswolk. Bijvoorbeeld als je in de kou uitademt of een wolk hoog in de lucht.

3. Faseovergangen

Je hebt net gelezen over de 3 fasen, maar een stof zit niet altijd in dezelfde fase. Ijs kan smelten en water kan waterdamp worden. De overgang van de ene fase naar de andere heet een faseovergang.

Er zijn 6 faseovergangen

Verdampen: van vloeibaar naar gas

Condenseren: van gas naar vloeibaar

Smelten: van vast naar vloeibaar

Stollen: van vloeibaar naar vast

Sublimeren: van vast naar gas

Rijpen: van gas naar vast

4. Kookpunt en Smeltpunt

Warmte energie heeft een heleboel invloed op de wereld om ons heen. Echter hebben we het niet vaak over "de warmte" van iets. Daar hebben we een maat bedacht; temperatuur. De temperatuur van iets geeft aan hoe warm iets is. In Nederland drukken we temperatuur uit in graden Celsius.

De temperatuur meet je met een thermometer. Vroeger zat er in thermometers kwik of een andere vloeistof. Als de omgeving warmer werd, wilden de deeltjes in de thermometer ook bewegen en uit elkaar, maar dat kon niet. Daarom steeg de vloeistof in de thermometer, hoe hoger de vloeistof kwam, hoe hoger de temperatuur.

Tegenwoordig hebben we veel meer manieren van de temperatuur meten. Er zijn een soort lasers, waarmee de straling wordt gemeten en de temperatuur wordt bepaald. Er zijn ook thermometers die je ín je product moet stoppen (vaak gebruikt in de keuken), waarbij geleiding wordt gebruikt om de temperatuur te meten.

De schaal van Celsius is gebaseerd op het kookpunt en smeltpunt van water. Celsius heeft het moment waarop water bevriest/smelt 0 genoemd. Het moment waarop water kookt heeft hij 100 genoemd. Hij heeft de temperatuur tussen 0 en 100 opgedeeld in 100 stukjes van 1 graad. Maar! Niet alle stoffen koken en smelten bij 0 en 100 graden Celsius. Alcohol bijvoorbeeld kookt al bij 78 graden Celsius en bevriest pas bij -114 graden Celsius.

Bij een zuivere stof zijn er het kookpunt en het smeltpunt. Dit is het moment waarop een stof smelt/bevriest of kookt. Dat moment verschilt per stof. Bij een mengsel heet dit een kooktraject en smelttraject. Doordat het een mengsel van meerdere stoffen is, zal niet alles op één temperatuur smelten/bevriezen of koken. Het traject (proces) vindt dus plaats op meerdere temperaturen en duurt langer.

5. Thermische energie (havo/vwo)

Je kent nu het deeltjesmodel en de faseovergangen, maar we hebben nog niet uitgelegd waarom de deeltjes tegen elkaar aan liggen, bewegen of heel ver van elkaar af springen en rondzweven. De verklaring voor de beweging van deeltjes ligt in thermische energie oftewel warmte. Warmte is een vorm van energie, waardoor de deeltjes/moleculen beginnen te trillen. Warmte/thermische energie komt altijd ergens vandaan. Dit noemen we een warmtebron, bijvoorbeeld je verwarming, de CV-ketel, vuur, de zon etc.

Om ijs te maken, haalt je vriezer alle warmte (thermische energie) weg uit de omgeving. Hierdoor stoppen de deeltjes met bewegen en gaan ze netjes tegen elkaar aanliggen en binden ze zich aan elkaar.

Als je je ijs uit je vriezer haalt, dan is het in je woonkamer vaak warmer dan in de vriezer. Je ijs komt dan in contact met deeltjes die wél bewegen en wél thermische energie (warmte) bevatten en neemt een deel van die thermische energie over. Daarom begint je ijs bijna meteen weer te smelten, de omgeving (je hand, kommetje, lucht, lepel) geeft energie over aan je ijs, waardoor zijn deeltjes weer kunnen bewegen en wat losser van elkaar zitten.

Als laatste kan je je water nóg warmer maken dan je omgeving door er extra energie aan toe te voegen. In de keuken gebruiken we daar vuur voor. Vuur is een bron van warmte (thermische energie) die, via de pan, wordt doorgegeven aan het water. De waterdeeltjes gaan hierdoor heel hysterisch trillen en bewegen en "springen" de pan uit, wat wij zien als waterdamp of stoom.

Warmte/thermische energie kan op verschillende manieren worden overgedragen:

Geleiding
Bij geleiding beweegt de warmte door een stof, zoals baksteen of glas. Hoe warmer een stof is, hoe harder de moleculen in de stof trillen en tegen elkaar aanbotsen. In een opwarmende stof gebeurt dit ook en botsen de moleculen steeds tegen elkaar aan. Daarbij geven ze hun energie aan elkaar door. Hierdoor verspreidt de warmte zich in een soort van golf door verschillende stoffen heen.

Stroming
In vloeistoffen en gassen kan een stroming ontstaan, als je die op één plaats verwarmt. Dat zie je bijvoorbeeld bij de lucht in huis. De lucht bij de verwarming wordt warm, zet uit en stijgt hierdoor omhoog. De warme lucht stijgt dus omhoog, terwijl de koudere lucht er nog omheen zweeft. Zo verwarmt de warmere lucht die omringende koudere lucht.

Straling
Alles om je heen (ook je eigen lichaam) zendt straling uit: kleine pakketjes stralingsenergie die door de ruimte kunnen reizen. Hoe hoger de temperatuur van een voorwerp, des te meer stralingsenergie er wordt uitgezonden.

Geleiding, stroming en straling zijn heel verschillende processen, met dezelfde uitkomst: dat de warmte zich verspreid door een ruimte. Het gevolg is dus dat warme voorwerpen voortdurend warmte verliezen en de omgeving van een warm voorwerp constant warmer wordt. Dit gaat door totdat de warmtebron (vuur, zon) weg wordt gehaald.

Verwerking 1

Je hebt geleerd over materie, deeltjes en hoe ze bewegen onder invloed van temperatuur. Gebruik die kennis om de volgende vraagstukken op te lossen!

Uit welke drie onderdelen bestaan atomen?
Kan je in je lichaam de 3 fasen terug vinden? Zo ja, waar? Gebruik in je antwoord de woorden Gas, Vloeistof en Vaste stof.
Wat is het verschil tussen een zuivere stof en een mengsel? Zit er ook verschil in het kookpunt en smeltpunt? Zo ja, leg uit.
In de gasfles zit vloeibaar propaan. Als je de gaskraan opendraait, dan stroomt er gasvormig propaan uit de fles. Noteer de naam van de faseovergang in de gasfles.
Welke warmtebronnen kan je allemaal in je huis vinden?
Leg uit waarom het in een pan met water op het vuur kan "regenen". En gebruik hierbij de woorden: verdampen, condenseren, vloeistof en gas.
Hoe noem je meerdere atomen bij elkaar?
Paul onderzoekt welk effect zout heeft op het vriespunt van water. Hij doet kraanwater in vijf plastic bekertjes en voegt daaraan verschillende hoeveelheden zout toe. In elk bekertje zet hij een thermometer.

Nu gaan alle bekertjes in de vriezer. Zie tabel voor verdere informatie.

Wat voor invloed heeft het toevoegen van zout op het vriespunt van water?

IJs	Bekertje 1 (0 g zout)	Bekertje 2 (1,5 g zout)	Bekertje 3 (3 g zout)	Bekertje 4 (4,5 g zout)	Bekertje 5 (6 g zout)
IJs bij 0,5 °C	Nee	Nee	Nee	Nee	Nee
IJs bij 0 °C	Ja	Nee	Nee	Nee	Nee
IJs bij -0,5°C	Ja	Nee	Nee	Nee	Nee
IJs bij -1 °C	Ja	Ja	Nee	Nee	Nee
IJs bij -1,5 °C	Ja	Ja	Ja	Nee	Nee

EXTRA UITDAGING - Moleculen noteren

Zoals je in de les hebt gehoord, kan je van atomen moleculen maken. Sommige moleculen ken je misschien al: H2O is water en CO2 is koolstofdioxide. Die cijfers en letters zijn eigenlijk een soort afkorting. In plaats van water, diwaterstofmonoxide of een andere lange naam op te schrijven, schrijven we H2O. Om te leren hoe je zelf ook moleculen kan afkorten, moet je eerst begrijpen hoe we de getallen noemen en opschrijven.

Voorbeeld: diwaterstofmonoxide, bevat 2 cijfers. Die 2 cijfers vertellen ons hoeveel van elk atoom er in 1 molecuul gaan.

1 = mono

2 = di

3 = tri

4 = tetra

5 = penta

6 = hexta

7 = septa

8 = octa

9 = nona

10 = deca

diwaterstofmonoxide betekent dus 2 waterstof 1 oxide. In het periodiek systeem kan je vinden dat waterstof wordt afgekort met H en oxide met O. diwaterstofmonoxide wordt dus 2H1O, MAAR ergens in de geschiedenis van de wereld heeft iemand bedacht dat de cijfertjes áchter hun atoom moeten. 2H1O wordt dan H2O1. En toen bedacht iemand dat we de 1 niet opschrijven: H2O.

Oefen zelf met de volgende moleculen. Kort ze af, met behulp van de informatie hierboven én het periodiek systeem.

1. Koolstofmonoxide

2. Distikstoftrioxide

3. Natriumchloride

4. Waterstoftrioxide

5. Zwaveldioxide

6. Fosfortrichloride

B. Massa : Volume = Dichtheid

1. Dichtheid berekenen

In het vorige gedeelte heb je geleerd welke invloed thermische energie/warmte kan hebben op de beweging van deeltjes/moleculen. Die informatie verklaart natuurlijk een heleboel; waarom je ijsje smelt, hoe wolken ontstaan en hoe warmte zich verplaatst van de ene plek naar de andere plek.

De kennis van vorige week kan echter ook gebruikt worden om te verklaren hoe het komt dat een blokje ijs minder weegt dan een blokje ijzer, zelfs als ze even groot zijn!

De reden dat het ene blokje zwaarder voelt dan het andere blokje, komt door de rangschikking van de moleculen. Hoe dichter de moleculen op elkaar zitten, hoe zwaarder de stof. Dit noemen we de dichtheid (snap je, want dicht op elkaar). En om de dichtheid te berekenen, hebben we een formule!

Om dichtheid goed te kunnen berekenen, moet je eerst 2 begrippen kennen: Massa en Volume.

Met massa bedoelen we de hoeveelheid stof. Massa meten we meestal in kilogram, maar voor dit hoofdstuk gebruiken we gram. Het is belangrijk dat je massa en gewicht niet door elkaar haalt. De massa van een stof is altijd hetzelfde, hier op aarde, maar ook in de ruimte. Een astronaut heeft op aarde een massa van 75 kilogram, maar heeft ook die massa als hij op de maan staat. Bij ons vak betekent het gewicht de massa x de zwaartekracht. En elke planeet heeft een eigen zwaartekracht, dus de astronaut heeft overal een massa van 75 kilogram, maar heeft op elke planeet een ander gewicht.

Met volume bedoelen we de grootte van het gebied dat een voorwerp inneemt. Een huis neemt meer plek in dan een walnoot. Een huis heeft dan ook een groter volume dan de walnoot. Het volume drukken we uit in kubieke meter (m³), maar op school gebruiken we kubieke centimeter (cm³). Het volume reken je - voor nu dan- uit door de lengte x breedte x hoogte van je voorwerp te meten en te vermenigvuldigen.

In de natuurkunde heb je bijna overal een formule voor, dan hoef je niet elke keer zelf alles te bedenken. De formule voor dichtheid is:

ρ = m:v

ρ is dichtheid

m is massa

v is volume

ρ = m:v betekent dus dichtheid is massa delen door volume.

Een vraag hierover zou kunnen zijn:

Met je geodriehoek heb je opgemeten dat een blokje 4 cm hoog, 5 cm breed en 2,5 cm lang is. De weegschaal geeft aan dat het blokje 600 gram weegt. Bereken dichtheid van een blokje aluminium.

Om zo'n vraag op te lossen gebruiken we de FIRE methode.

Formule = ρ = m:v

Invullen = ρ = ?

m = 600 gram

v = 4x5x2,5 = 50 cm³

Rekenen = m:v = 600 : 50 = 12

Eenheid = 12 g/cm³

Het antwoord geef je altijd in een zin. Losse cijfers zeggen niet zo veel.

De dichtheid van een blokje aluminium is 12 g/cm³.

Verwerking 2

Je hebt de formule voor dichtheid geleerd. Maak hier de volgende vragen over:

1. Tim ziet dat het ijsblokje drijft. Noteer de reden dat het ijsblokje in de ijsthee drijft.

2. Je hebt de formule voor dichtheid geleerd, dat is ρ = m:v. Je kan de formule echter ook omdraaien. Je kan er m = ρ x v en/of v = m:ρ van maken. Leg in je eigen woorden uit wat er gebeurd als je de formule omdraait. Wat reken je dan uit?

3. m = 140 g, V = 100 cm³
Bereken de dichtheid van deze stof. Gebruik de FIRE methode.

4. V = 145 cm³, m = 80 g
Bereken de dichtheid van deze stof. Gebruik de FIRE methode.

5. ρ = 0,6 g/cm³, V = 55 cm³
Bereken de massa van deze stof. Gebruik de FIRE methode.

6. ρ = 0,75 g/cm³, m = 160 g
Bereken het volume van deze stof. Gebruik de FIRE methode.

Proefje in de klas

Hoe bereken je de dichtheid van de blokjes?

Wat is de dichtheid van de blokjes? Schrijf de stof of kleur van het blokje op en daarachter de dichtheid.

Extra uitdaging:

Je hebt geleerd hoe je het volume moet berekenen van een blokje. Dit werkt natuurlijk ook voor een rechthoek of iets anders met gelijke vlakken. Als je om je heen kijkt, zie je dat er een he-le-boel voorwerpen zijn die geen gelijke vlakken hebben. Die kan je niet zomaar opmeten met je geodriehoek. Daar is een methode voor bedacht; de onderdompelmethode.

Kijk het volgende filmpje: https://www.youtube.com/watch?v=9a29dL24BnI&feature=emb_title

7. Leg kort in je eigen woorden uit wat de onderdompelmethode inhoudt.

C. Lucht en druk

1. Ruimte, Atmosfeer en Lucht

Als je s'avonds naar boven kijkt zie je een groot zwart vlak met allemaal witte punten. Je kijkt naar de ruimte. De ruimte wordt ook wel het heelal genoemd en er zitten "in" de ruimte planeten, sterren, planeetstelsels en nog meer voorwerpen. Al deze voorwerpen vallen onder het woord hemellichamen. Wij zien het als een vlak, maar dat is natuurlijk niet zo. We zijn aan alle kanten omringt door ruimte en hemellichamen. De hemellichamen bestaan uit materie. Dat woord heb je in les 1 geleerd, maar tussen de hemellichamen in zit (bijna) geen materie.

In de ruimte, tussen hemellichamen in, is bijvoorbeeld geen lucht. Je kan in de ruimte dus geen adem halen, er zijn geen deeltjes die je in je lichaam kan zuigen. Vroeger dacht men dat de ruimte vacuüm was, dat er helemaal niks was. Dat blijkt niet waar te zijn, in de ruimte is er wel plasma tussen hemellichamen in. Echter kunnen wij niks met die plasma, dus vinden mensen dat er "niks" is.

Op aarde hebben we echter een laag lucht om onze aarde heen. Deze laag met lucht noemen we de atmosfeer. De atmosfeer:

- Houdt zonnestralen tegen

- Laat licht door

- Houdt warmte vast

De atmosfeer bevat:

•Stikstof (78%)

•Zuurstof (21%)

•Koolstofdioxide (0,035%)

•Waterdamp (overige %)

•Edelgassen (overige %)

Al die deeltjes/stoffen in de atmosfeer samen noemen we lucht.

Lucht is niet altijd overal hetzelfde. Je hebt vast wel eens gehoord van vochtige lucht of droge lucht. Dit is lucht met meer of minder waterdamp. Er bestaat ook ijle lucht. Hoe hoger je komt (en dus dichter bij de ruimte) hoe minder lucht er is. Hoe meer je richting de ruimte gaat, hoe minder deeltjes er zijn en hoe minder zuurstof deeltjes je binnen krijgt per inademing. Daarom hebben mensen op hoge plekken (berg) meer moeite met ademhalen en bewegen, er is daar namelijk minder zuurstof dan ze gewend zijn.

2. Luchtdruk

Je voelt het misschien niet, maar alle luchtdeeltjes samen wegen best wel veel. Al die deeltjes samen "drukken" op voorwerpen: op aarde, op jou, op de stenen, op je mobiel, op tafels, op wolken en bomen. Dat noemen we de luchtdruk. Luchtdruk is best wel makkelijk aan te tonen en er is al in 1654 een experiment geweest om aan te tonen hoe luchtdruk werkt.

In 1654 was er een man die besloot om aan iedereen duidelijk te maken, hoe groot de luchtdruk eigenlijk is. Hij sloot 2 halve bollen op elkaar aan en liet de lucht uit de bol weg stromen. Op die manier trok de bol vacuüm. Vacuüm betekent dat er helemaal niks is; er is geen lucht, er zijn geen deeltjes. Vervolgens probeerde hij de 2 halve bollen (of de bol) uit elkaar te trekken. Dat lukte niet, zelfs niet met 16 paarden! De druk van de lucht op die bol was zo sterk, dat niets de bol uit elkaar kon trekken.

Pas toen er weer lucht in de bol kwam, ontstond er een tegendruk. De deeltjes die in de bol waren gekomen, drukten nu naar buiten. Daardoor wordt het weer makkelijker om de bol uit elkaar te trekken. Tegendruk kan je ook in je lichaam voelen, namelijk in je longen. Als je uitademt, zijn er minder luchtdeeltjes in je longen dan buiten je lichaam, dus wordt je bovenlichaam wat platter gedrukt. Zodra je inademt, komen er weer meer deeltjes in je lichaam en zet je bovenlichaam weer uit.

Luchtdruk wordt gemeten in Pascal. Hoe hoger de luchtdruk, hoe meer deeltjes in de lucht en hoe meer Pascal je meet.

Verwerking 3

1. Na het afsluiten van de pot koelt de jam af. De luchtdruk in de pot onder het deksel wordt hierdoor groter of kleiner? Hoe komt dat?

2. Teken je lichaam in 2 situaties: waarbij je inademt en waarbij je uitademt. Beschrijf hoe de lucht zich verplaatst en teken de druk.

D. Geluid

1. Geluid maken en horen

Om je heen hoor je overal geluiden vandaan komen. Denk maar eens aan het geluid in de les, de auto's die buiten langsrijden en de vogels die buiten zingen. Mensen veroorzaken een hele hoop geluiden zoals praten, zingen, hoesten enzovoort. Een voorwerp waar geluid vandaan komt noem je een geluidsbron.

Geluid ontstaat door trillingen die komen van een geluidsbron. Als geluidtrillingen je oren bereiken gaat je trommelvlies trillen. Zintuigcellen ontvangen deze beweging en geven dit door aan je hersenen. Bij een gitaar zijn het de snaren die trillen, bij mensen zijn het de stembanden die trillen zodra je praat. Maar die trillingen moeten zich wel kunnen verplaatsen van een geluidsbron naar je oren. De stof waarin die trillingen verplaatsen noem je een tussenstof.

De meest geluiden gaan met trillingen door de lucht naar je oren toe. Hoe dit te werk gaat?

1. Geluid gaat door de gehoorgang en komt aan bij je trommelvlies

2. Het trommelvlies trilt door geluidsgolven en gehoorbeentjes komen in beweging

3. De vloeistof in slakkenhuis wordt in beweging gebracht en de haarcellen gaan bewegen

4. De haarcellen maken elektrische pulsen en gaan via de gehoorszenuw als signaal naar hersenen

Maar geluid kan zich ook verplaatsen door andere materialen. Denk maar eens aan als je praat, dan voel je het geluid van je stem ook via je botten en je schedel.

Bekijk het filmpje op youtube van meneer Wietsma: https://www.youtube.com/watch?v=x1Fo46kZgtA&list=PL9ngJuVeW8keexiF_8VvQOsv1HdqVMWUf

Geluid heeft wel even de tijd nodig om zich te verplaatsen door die tussenstof. Een bekent voorbeeld hierbij is onweer. Als je het licht van de bliksem ziet, heeft het geluid tijd nodig om bij je te komen. Licht gaat heel snel, geluid veel langzamer. De lichtsnelheid is 299 792 458 m/s en geluidssnelheid is 343 m/s(of 1235 km/h). Als je dit vergelijkt, dan mag je zeggen dat als er licht onstaat(bliksem) dan zie je dat direct omdat de tijd wat licht nodig heeft om de afstand tot jou af te leggen onnoemelijk klein is en dat mogen wij verwaarlozen. Hierdoor zie je dus eerst het licht en hoor je daarna pas de donder. Hoe snel geluid zich verplaatst hangt ook af van de tussenstof waardoor geluid zich moet verplaatsen. Simpel kan je zeggen: hoe hoger de dichtheid van een stof, hoe groter de geluidssneilheid.

De geluidssnelheid in water is ongeveer 1500 m/s, door staal met 5990 m/s en door beton met 4300 m/s. Allemaal veel sneller dan de geluidssnelheid in lucht.

De formule waarmee je de tijd uitrekend hoe lang het geluid nodig heeft om een afstand af te leggen bereken je met de volgende Formule:

s = v * t

s = de afstand in meters(m),

v = de snelheid in meters per seconden(m/s)

t = de tijd in seconden(s).

2. Toonhoogte, frequentie en Volume

Als je een geluid hoort en dat wil omschrijven dan is de kans groot dat je dat omschrijft met toonhoogte. Je geeft bijvoorbeeld aan dat iets bromt (lage toon) of piept (hoge toon). Het kan ook daartussen in zitten. Als je een liedje meezingt maak je een serie van hoge en lage tonen.

Bekijk de uitleg van Meneer Wietsma op youtube: https://www.youtube.com/watch?v=rfez7c-IeHM&list=PL9ngJuVeW8keexiF_8VvQOsv1HdqVMWUf&index=2 Hierin worden Toonhoogte en Frequentie uitgelegd.

In de volgende uitleg gaat Meneer Wietsma verder in op het volume of de geluidssterkte van het geluid: https://www.youtube.com/watch?v=_5ss8lmsnvI&list=PL9ngJuVeW8keexiF_8VvQOsv1HdqVMWUf&index=3

Door middel van de volgende website ga je geluidstrillingen onderzoeken: https://academo.org/demos/virtual-oscilloscope/. Kijk eens wat er gebeurt als je iets op een hoge toon of lage toon zegt, of wanneer je iets hard of zacht zegt.. De microfoon van je tablet 'vertaalt' de drukverschillen van geluid in elektrische trillingen.

In de afbeelding hiernaast zie je drie verschillende tonen. De middelste toon heeft de meeste 'golfjes', die toon heeft de meeste trillingen per seconde en is dus de toon met de hoogste frequentie. Het volume of de geluidssterkte is voor deze tonen allemaal gelijk omdat de golven allemaal even 'hoog' zijn. De horizontale verschillen zorgen voor een verschil in toon en de verticale verschillen zorgen voor een verschil in volume of de geluidssterkte!

Verticale verschillen bepalen het volume

Horizontale verschillen bepalen de toonhoogte

Bekijk nu eens de volgende link: https://www.szynalski.com/tone-generator/. Dit is een online toongenerator en hiermee kan je tonen maken van verschillende toonhoogten. De meeste kinderen van jullie leeftijd kunnen tussen 20 en 20 000 Hz horen. Tot hoe ver kan jij horen?

De tonen die je kan horen liggen binnen jouw frequentiebereik. Dieren hebben een totaal ander frequentiebereik. Kijk bijvoorbeeld eens naar het frequentiebereik van een vleermuis, die ligt bij veel hogere tonen! Vanaf 20 000 Hz noemen we het geluid ultrasoon. Wij mensen kunnen dat geluid niet meer horen, maar wist je dat vleermuizen hier juist gebruik van maken? Door te luisteren naar de echo's van deze geluiden(geluid wat teruggekaatst wordt) kunnen ze hun omgeving waarnemen en op die manier op insecten jagen en niet overal tegenaan vliegen. Wil je vleermuizen toch kunnen horen? Dan kun je gebruik maken van een batdetector en deze zet het geluid wat wij niet kunnen horen om in geluid wat wij wel kunnen horen.

Verwerking 4

Hoe ontstaat geluid?
Geef een voorbeeld van een geluidsbron.
Wat is de geluidssnelheid van lucht?
Hoe ver is een bliksemschicht van je vandaan als je na 6 seconde het geluid van de donder hoort? Schrijf ook de uitwerking van de berekening op met de FIRE-methode
Zoek een andere stof op, die niet in WikiWijs staat, en wat is daarvan de geluidssnelheid?
Leg uit waarom je vaak eerst de bliksem ziet en daarna pas de donder hoort.
Welk ander dier, dan de vleermuis, maakt ook gebruik van ultasoon geluid (zoek zelf op het internet)?
Maak een screenshot van een mooi geluid via deze link https://academo.org/demos/virtual-oscilloscope/
Ga naar deze link: https://www.szynalski.com/tone-generator/. Bepaal hiermee jouw frequentiebereik van wat jij kan horen.
Leg uit hoe je het verschil tussen de geluidssterkte en de frequentie kan zien op de osciloscoop.

E. Soorten krachten - deel 1

1. De invloed van kracht

Bij alles wat er gebeurd op de wereld en daarbuiten, komen krachten te pas. We zijn ons er heel vaak niet bewust van, omdat we vanaf het moment dat we bestaan al blootgesteld worden aan die krachten. We lopen elke dag rond op aarde, waarbij zwaartekracht ons tegen de grond aantrekt. Bij elke stap die je zet, gebruik je spierkracht om jezelf af te zetten tegen de grond. De laatste tijd hebben we in Nederland stormen met een eigen naam. Als je tijdens zo'n storm naar buiten gaat, dan voel je de windkracht en wordt het lopen je moeilijk gemaakt.

Bekijk de youtube uitleg over effecten van krachten: https://www.youtube.com/watch?v=EqoetGS6nmo

Het effect van kracht zien we op twee manieren terug:

- Kracht kan voorwerpen laten veranderen van snelheid

- Kracht kan een voorwerp laten veranderen van richting

- Kracht kan voorwerpen van vorm laten veranderen

Bekijk de volgende youtube uitleg over vervorming: https://www.youtube.com/watch?v=Zsc7xx5GmgA

Bij het veranderen van vorm komen er ook weer 2 varianten aan te pas. Een elastische vervorming betekent dat de vorm weer terug "springt" naar zijn originele vorm. Bijvoorbeeld bij een stressbal of een spons. Een plastische vervorming betekent dat de nieuwe vorm permanent is. Bijvoorbeeld een gekreukeld blad of een gebroken tak.

Uitleg soorten krachten: https://www.youtube.com/watch?v=wWsmTcfhqFQ

Er zijn ook krachten die ons "tegenwerken" = Wrijvingskracht. Bijvoorbeeld luchtwrijving. Als je rent, wordt je voor een deel tegengehouden door de deeltjes in de lucht. Daarom dragen sporters vaak hele strakke kleding, gebruiken wielrenners hele dunne fietsen en zijn helmen zo glad en klein mogelijk gemaakt. Op die manier "glijden" de luchtdeeltjes makkelijker langs ze heen en wordt de wrijving minder.

Wrijving is altijd een tegengestelde kracht aan de bewegingsrichting!

De eenheid van kracht is Newton(N). De grote van alle soorten krachten wordt dus aangegeven in N.

2. Zwaartekracht

Bekijk de uitleg van Meneer Wietsma: https://www.youtube.com/watch?v=lTb8zkMiUBw

Verschil in zwaartekracht tussen de Maan en de Aarde

Op aarde is er een direct verband tussen de massa van een voorwerp en de zwaartekracht van onze planeet. Als je wilt weten wat de zwaartekracht op een voorwerp is, gebruik je de formule F_z = m x g

Hierbij staat F voor kracht (force) in Newton(N). m staat voor massa (het gewicht) in kilogram(kg) en g staat voor de valversnelling in Newton per kilogram(N/kg). Op aarde is g 9,81 N/kg. Voor elke kilo massa die een voorwerp heeft, wordt er 9,81 Newton aan kracht op het voorwerp uitgeoefend door de aarde. Hierdoor blijven wij op de aarde staan.

Voorbeeld:

Je wilt weten hoeveel zwaartekracht (F_z) er op Rachel wordt uitgeoefend. Je weet dat Rachel 48 kilo weegt en dat de valversnelling op aarde áltijd 9,81 N/kg is.

Formule = F_z = m x g

Invullen = m = 48 kg, g = 9,81 N/kg

Rekenen = m x g = 48 x 9,81 = 470,88

Eenheid = F_z wordt gemeten in N, dus de aarde trekt met 470,88 Newton aan Rachel. Afgerond is dat 471 N.

Verwerking 5

In de herfst kunnen boombladeren op natte tramrails voor problemen zorgen. Met blad op de rails is de remweg van een tram langer. Als er veel blad op de rails ligt, strooit men zand op de rails. Waarom strooit men zand op de rails? Hoe noemen we dat verschijnsel?
Een sleepboot trekt met een kracht van 120 kN vanuit punt P aan een schip. Teken deze situatie en de bijbehorende kracht. Gebruik als krachtenschaal 1 cm ≙ 40 kN.
Marja remt af voor een verkeerslicht. Teken een vrouwtje op de fiets en teken daarbij welke kant de krachten op gaan.
Henk staat op een weegschaal. De weegschaal geeft 75 kg aan. Bereken de zwaartekracht op Henk. Gebruik de FIRE-methode.
Bereken hoe groot de zwaartekracht is op een emmer strooizout van 10 kg. (let op: gebruik de FIRE-methode!).
Leg uit hoe je de formule voor kracht ook op andere manieren kan gebruiken. Denk hierbij aan de formule driehoek.

F. Soorten krachten - deel 2

1. Krachten tekenen

Kracht korten we af tot F (van Force) en drukken we uit in newton. Een voorbeeld is zwaartekracht (F_z = Force _{zwaartekracht}). De kracht die uitgeoefend wordt op een voorwerp tekenen we met vectoren. Vectoren worden getekend als een pijl. Deze pijl toont aan:

- wat de grootte van de kracht is

- welke kant de kracht op werkt

- op welk punt van het voorwerp de kracht aangrijpt

Als je een kracht tekent, kies je eerst een krachtenschaal. Dat kan bijvoorbeeld zijn: 1 cm pijl staat gelijk aan 5 Newton. Als er een kracht van 15 Newton is, dan teken je een pijl van 3 cm.

Krachten in dezelfde richting mag je bij elkaar optellen.

Krachten in tegenovergestelde richting mag je van elkaar afhalen.

2. Normaalkracht

Zoals je nu weet, zijn er verschillende soorten krachten die constant aan alles trekken, duwen en grijpen. Toch zien we niet de hele tijd om ons heen alles vallen. Sterker nog, een heleboel van onze spullen staan juist stil.

Stilstaan is eigenlijk hetzelfde als evenwicht. Dit zie je goed terug bij touwtrekken. Een groot deel van de tijd staan er 2 groepen aan een groot touw te trekken, maar lijkt er geen beweging te zijn. Dit komt omdat beide kanten bijna even hard trekken aan het touw, waardoor het touw zelf nergens heen gaat. Pas als een van de twee groepen het niet meer houdt, of iemand loslaat, wordt de kracht aan een kant groter dan aan de andere kant en schiet het touw die kant op.

Een ander voorbeeld van evenwicht is een fruitschaal op een tafel. Zwaartekracht trekt zowel aan de tafel als aan de fruitschaal, maar de fruitschaal valt niet door de tafel heen. Dat komt doordat de tafel zelf ook weer een kracht uitoefent op de fruitschaal. Die kracht noemen we de normaalkracht (F_n).

De normaalkracht staat altijd loodrecht op het oppervlak.

Met de normaalkracht bedoelen we de kracht tegenovergesteld van zwaartekracht. Als normaalkracht en zwaartekracht in evenwicht zijn, vallen voorwerpen niet door andere voorwerpen heen. Als de zwaartekracht wél groter is dan de normaalkracht, vallen voorwerpen alsnog op de grond.

Dit gebeurd bijvoorbeeld als je een voorwerp half op tafel zet. Het deel van de fruitschaal die niet op de tafel staat, heeft geen Fn om hem omhoog te houden. De zwaartekracht trekt dan aan het blootgestelde deel, waardoor de fruitschaal omkiepert.

Verwerking 6

1. Als er gesproken wordt over Vectoren dan worden die aangegeven met een symbool. Waar worden Vectoren mee aangegeven?

2. Een pijl in de natuurkunde toont 3 verschillende dingen aan. Wat zijn deze 3 dingen?

3. Stel je voor dat dit touw 10 centimeter lang is. Hoeveel Newton is dit dan per centimeter?

4. Wat is in de natuurkunde het tegenovergestelde van zwaartekracht?

5. Wat gebeurd er als de de zwaartekracht groter is dan de normaalkracht?

6. Wat zou er kunnen gebeuren als de normaalkracht groter is dan de zwaartekracht?

7. Als Rachel uit een vliegtuig springt is op dat moment de zwaartekracht of normaalkracht groter?

Colofon
Het arrangement Thema 4 Natuurkunde 101 is gemaakt met Wikiwijs van Kennisnet. Wikiwijs is hét onderwijsplatform waar je leermiddelen zoekt, maakt en deelt.

Auteur

Spinoza20first Domein Natuur & Technologie 2

Laatst gewijzigd

11-04-2022 14:25:23

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.

Meer informatie over de CC Naamsvermelding 4.0 Internationale licentie.

Aanvullende informatie over dit lesmateriaal

Van dit lesmateriaal is de volgende aanvullende informatie beschikbaar:

Toelichting

In dit thema leer je meer over natuurkunde

Eindgebruiker

leerling/student

Moeilijkheidsgraad

gemiddeld

Gebruikte Wikiwijs Arrangementen

Spinoza20first Domein Natuur & Technologie 2. (2020).

Thema 7 "Natuurkunde 101"

https://maken.wikiwijs.nl/165589/Thema_7__Natuurkunde_101_

Thema 4 Natuurkunde 101

nl

Spinoza20first Domein Natuur & Technologie 2

2022-04-11 14:25:23

In dit thema leer je meer over natuurkunde

leerling/student
Download
Downloaden

Het volledige arrangement is in de onderstaande formaten te downloaden.

pdf

json

IMSCP package

Metadata

Metadata overzicht (Excel)

LTI

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.

IMSCC package

Voor developers

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.
Sluiten
Wikiwijs is een dienst van