Practicum veren

Download deze docentenhandleiding als pdf

Omschrijving

In dit practicum leiden leerlingen zelf een formule af voor de kracht die een veer uitoefent bij uitrekking. Hiertoe doen ze zelf metingen aan een veer die wordt uitgerekt met een krachtmeter. De docent kan ervoor kiezen om de leerlingen een bepaalde context te bieden. Bijvoorbeeld: een ontwerper van fitness apparaten wil weten hoe hard je aan een veer moet trekken bij een bepaalde uitrekking.

Leerdoelen

Kunnen maken van goede meettabellen en grafieken
Een formule op kunnen stellen bij een grafiek die een rechte lijn door de oorsprong is.
De kracht die een veer uitoefent kunnen berekenen met \(F_v=C·u\).
De betekenis van de veerconstante C uit kunnen leggen.
(Extra: mogelijk ook laten zien dat het verband geldt binnen bepaalde grenzen (1 groepje bij extremere waarden laten meten of met elastiek)

Voorkennis

Leerlingen weten wat een kracht is (duwen/trekken, een interactie tussen twee dingen)
Fijn als leerlingen al ervaring hebben met het maken van meettabellen, grafieken en formules, maar niet noodzakelijk.

Benodigdheden

Statief (zonder klemmen)
Krachtmeters
Veer
Liniaal
Schilderstape (om meetpunt te markeren)
Whiteboard en toebehoren
Eventueel wat extra/alternatief materiaal voor 1 of 2 groepjes zoals elastiek, rekbanden van fysiotherapie met passende gewichten (bv 1 kg), elastiek dat in kleding wordt gebruikt, etc.

Klassikale introductie van het practicum

Als de leerlingen nog niet eerder met een krachtmeter hebben gewerkt, laat dan zien hoe de krachtmeter werkt.
Maak de veer zo vast aan het statief dat de veer horizontaal op tafel ligt.
Rek de veer uit met een krachtmeter. Vraag de leerlingen wat we aan deze situatie zouden kunnen meten. Ze moeten in ieder geval veerkracht en lengte en/of uitrekking van de veer noemen.
Bespreek met ze hoe je de veerkracht meet (met de krachtmeter).
Bespreek welke grootheid (lengte of uitrekking) bepaalt hoe groot de veerkracht wordt. Laat zien dat twee veren van verschillende lengte die je niet uitrekt allebei 0 N uitoefenen. Kan de lengte dan bepalen hoe groot de kracht wordt? (Nee).
Vraag of er een verband zou kunnen bestaan tussen uitrekking van de veer en veerkracht (zou kunnen).
Laat de leerlingen zelf nadenken hoe ze nauwkeurig de uitrekking van de veer kunnen meten. Noem expliciet dat ze hier over na moeten denken, maar geef (nog) geen tips.

Als alternatief zou je ook gewichtjes kunnen ophangen aan de krachtmeter. Dit heeft als nadeel dat de zwaartekracht de veer al een beetje uit zal rekken als er geen gewicht aan hangt. Leerlingen zien dit. Ook maakt het dit practicum complexer, omdat je uitgaat van krachtenevenwicht tussen zwaartekracht en veerkracht.

Uitvoering

Geef als opdracht om het verband tussen die twee te onderzoeken. Hiertoe maken ze een meettabel voor tenminste 5 verschillende uitrekkingen, een F,u-grafiek en een formule die past bij de grafiek.
Spreek van te voren af om uitrekking horizontaal uit te zetten en spreek af welke eenheden je gebruikt.

Organisatie (optioneel)

Tijdsplanning:

Introductie practicum (10 minuten)
Uitvoering (10 minuten)
Opmaken whiteboard (5 minuten)
Whiteboard bespreking (15 minuten)

Klassenorganisatie

Laat de leerlingen in random groepjes van 3 werken.
Laat de leerlingen eerst de proef uitwerken op papier. Pas als dat af is mogen ze een whiteboard pakken.
Laat leerlingen de onderzoeksvraag (Wat is het verband tussen uitrekking en veerkracht?) en hun namen op het whiteboard vermelden, zodat duidelijk is wat ze doen en wie het doet.

Inhoud kringgesprek

Wat is op alle borden hetzelfde? Wat is er anders?
Gaat de grafiek door 0,0 (de oorsprong)? Zou dat moeten? (Ja, want als de veer niet wordt uitgerekt, zou er ook geen veerkracht moeten zijn)
Wat betekent dat voor de formule (\(F_v=a·u+b\))? (De waarde van b moet 0 zijn).
Hoe bepaal je de waarde van a? (Dat is de richtingscoëfficiënt, dus \(rc=\frac{F_v}{u}\))
Zijn de waarden van a voor alle grafieken gelijk? (Nee)
Welke eenheid heeft a? (N/cm)
Stel a = 2 N/cm. Hoe hard moet ik dan trekken om de veer 1 cm uit te rekken? (2 N) En 4 cm? (8 N). Benoem dat het getal dus iets zegt over hoe moeilijk het is om de veer uit te rekken. Dit noemen we stugheid.
Op dit punt kun je conformeren aan internationale afspraken. We gebruiken niet de letter a maar de letter C. Deze grootheid wordt de veerconstante genoemd. Deze wordt meestal gegeven in N/m (en niet per cm).
Wat voor nut heeft deze formule? De formule wordt OVERAL gebruikt, in weegschalen, sportscholen, auto’s en treinen, veren op deuren in huis, veren in ouderwetse horloges en klokken, etc.

Inhoud logboek (optioneel)

Laat de leerlingen de formule noteren, met de betekenis van alle symbolen en de eenheden.
Laat ze opschrijven wat de waarde en betekenis van C is.

Voorbeeld resultaten (optioneel)

Colofon

Het arrangement Practicum veren is gemaakt met Wikiwijs van Kennisnet. Wikiwijs is hét onderwijsplatform waar je leermiddelen zoekt, maakt en deelt.

Auteur: Modeldidactiek
Laatst gewijzigd: 2024-12-17 14:04:19
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 practicum leiden leerlingen zelf een formule af voor de kracht die een veer uitoefent bij uitrekking. Hiertoe doen ze zelf metingen aan een veer die wordt uitgerekt met een krachtmeter. De docent kan ervoor kiezen om de leerlingen een bepaalde context te bieden. Bijvoorbeeld: een ontwerper van fitness apparaten wil weten hoe hard je aan een veer moet trekken bij een bepaalde uitrekking.
Eindgebruiker: leerling/student
Moeilijkheidsgraad: gemiddeld

Downloaden

Het volledige arrangement is in de onderstaande formaten te downloaden.

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

Meer informatie voor ontwikkelaars

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.