Introductie
Probleemstelling
In augustus 2010 is Laura Dekker begonnen aan een poging om als jongste zeiler solo om de wereld te varen. Dat deze reis niet zonder gevaren is moge blijken uit de belevenissen van andere “zeilmeisjes”. Jessica Watson kwam bij een proefvaart in botsing met een vrachtschip toen ze even een dutje deed. Abbey Sunderland moest haar tocht eerst afbreken omdat haar zonnepanelen, windgeneratoren en dieselbrandstof niet aan de energievraag van haar boot konden voldoen. Haar tweede poging eindigde in een schipbreuk op zee.
In deze opdracht ga je onderzoeken of het zeilplan van Laura realistisch is en welke problemen met betrekking tot haar levensonderhoud Laura tegenkomt. Ook ga je je verdiepen in de ecosystemen van de zee, die Laura wil helpen beschermen door 10% van de bijdrage van haar sponsors te schenken aan Sea Shepherd, een organisatie die zich bezighoudt met het behouden van het leven in zee (www.seashepherd.nl). De meest belangrijke vragen zijn:
- Kloppen de afstanden die Laura aangeeft in haar plan?
- Wat is de gemiddelde snelheid die ze gehaald heeft over de al gevaren trajecten?
- Hoeveel tijd zal ze nodig hebben voor de trajecten die ze nog gaat varen?
- Waarom kan ze zeewater niet drinken ? Hoe kan ze toch voorzien in haar drinkwaterbehoefte?
- Wat heeft ze nodig om het ecosysteem in het water te onderzoeken?
- Hoe zijn de interacties tussen de verschillende organismen in zee?
Ook ga je onderzoeken of de energiebronnen op de boot van Laura toereikend zijn en of Laura voldoende drinkwater mee kan nemen of kan verkrijgen door het zuiveren van zeewater. Daarnaast ga je onderzoeken op welke manieren Laura haar positie op zee kan bepalen aan de hand van herkenbare punten op de kust, aan de hand van de zon en sterren, en met behulp van GPS. Verder doe je onderzoek naar de invloed van verschillende factoren op de kwaliteit van het water.
Oriëntatie
Waar ga ik over leren?
Duurzame energiebronnen, energieverbruik, navigatie, stabiliteit van een boot (krachten ontbinden), coördinatensystemen en plaatsbepaling, concentratie, drinkwatervoorziening op zee, zouten, populatie ecologie, systeemecologie, interactie, ecosysteem, respiratie, transport, voeding, gezondheid en bloedsamenstelling.
Wat kan en ken ik aan het einde?
Natuurkunde
- Ik kan de verschillende krachten die op Laura’s zeilboot werken bepalen en uitrekenen.
- Ik kan uitleggen hoe de boot tegen de wind in kan varen en waarom de boot sneller kan varen dan de wind.
- Ik kan de versnelling van de boot uitrekenen bij bepaalde windsnelheden.
- Ik kan de verplaatsing van de boot uitrekenen bij een bepaalde vaarsnelheid.
- Ik kan de dagelijkse hoeveelheid elektrische energie uitrekenen die Laura voor haar levensbehoeftes nodig heeft.
- Ik kan bepalen welke alternatieve oplaadmethode (windgenerator, zonnecellen) de beste is om batterijen (accu’s) op te laden.
- Ik kan het stroomverbruik uitrekenen van de verschillende elektrische apparaten aan boord.
- Ik kan bepalen op welke orbitale hoogte een geostationaire satelliet van het Global Positioning System zich moet bevinden.
- Ik ken het verschil tussen het heliocentrische en geocentrische wereldbeeld.
Wiskunde
- Ik kan omgaan met geografische coördinaten (poolcoördinaten) en deze omrekenen in rechthoekige coördinaten.
- Ik kan de lengte van een kortste route over een bol berekenen met Google Earth en met formules.
- Ik kan uitleggen hoe de sinus en cosinus gedefinieerd zijn in de eenheidscirkel
- Ik kan hoeken omrekenen van graden naar radialen en omgekeerd.
- Ik ken de parametervoorstelling van een eenparige cirkelbeweging.
- Ik kan uitleggen hoe je een kruispeiling en Snelliuspeiling kunt gebruiken om te navigeren langs de kust.
- Ik kan uitleggen hoe je de zon en de sterrenhemel kunt gebruiken om te navigeren op zee.
- Ik kan uitleggen hoe je GPS kunt gebruiken om te navigeren op zee.
- Ik kan werken met het programma GeoGebra.
Scheikunde
- Ik weet wat chemici onder zouten, ionen en oplossingen verstaan.
- Ik kan de verhoudingsformule van een zout afleiden.
- Ik kan bepaalde ionen in een oplossing aantonen of verwijderen met neerslagreacties.
- Ik ken de begrippen concentratie en molariteit (mol/L).
- Ik kan het begrip osmose uitleggen.
- Ik kan een afweging maken tussen verschillende waterzuiveringsystemen.
- Ik weet welke zuiveringsmethode het meest geschikt is voor zeewater.
Biologie
- Ik kan verschillende aanpassingen van het leven op water verklaren, met betrekking tot het bloed, de voeding en de ademhaling.
- Ik kan op drie manieren uitleggen hoe de cel om gaat met waardeveranderingen.
- Ik kan een gezonde en evenwichtige voedingstabel samenstellen voor op zee.
- Ik ken een aantal gevolgen van een onevenwichtige leefstijl.
- Ik kan een biologisch onderzoek uitvoeren.
- Ik ken verschillende factoren die invloed hebben op een ecosysteem.
- Ik ken verschillende interacties die organismen hebben met hun omgeving.
- Ik kan omgaan met piramidemodellen.
- Ik kan verklaren waarom een ecosysteem een dynamisch evenwicht is.
- Ik kan de invloed van een verstoring op een ecosysteem verklaren en er ook voorbeelden bij geven.
- Ik kan zelf een voedselweb/voedselketen maken.
- Ik kan beredeneren wat het verband is tussen de organismen.
- Ik ken de verschillen tussen de ecosystemen op verschillende niveaus en kan deze kennis toepassen.
- Ik ken een aantal indicatorplanten/-dieren (als er sprake is van een excursie).
Kernbegrippen
Krachten: de wetten van Newton – zwaartekracht – zwaartekrachtversnelling – ontbinding van krachten
Beweging: eenparige beweging – eenparige versnelling – snelheid – verplaatsing
Elektriciteit: elektrische energie – elektrisch vermogen – elektrische stroom – elektrische spanning
Hoeken: sinus - cosinus - eenheidscirkel - graden- radialen
Cirkels: poolcoördinaten - parametervoorstelling van eenparige cirkelbeweging
Coördinatensystemen voor aardbol en hemel: meridianen - breedtecirkels - grootcirkels - polen - hoogte en azimut - declinatie en uurhoek
Peiling: kruispeiling - Snelliuspeiling
Zouten: ion – lading – verhoudingsformule – oplossen – neerslag
Osmose: concentratie – molariteit – druk – filtratie – zuiveren
Soort, populatie, ecosysteem, biotoop, habitat, niche, levensgemeenschap, abiotische factor, biotische factor, beperkende factoren, tolerantiegrenzen, optimumkromme, stress, predatie, parasitisme, mutualisme, competitie, voedselketen, voedselweb, energiestroom, producent, reducent, consument, koolstofkringloop, stikstofkringloop, dynamiek, draagkracht, successie, invloed mens, invasiesoorten, natuurrampen, invloed van het klimaat, prooi predator relaties, diffusie, semipermeabel membraan, osmose, selectief permeabel membraan, ionentransport, endo- en exocytose, zuurstof, rode bloedcellen, hemoglobine, koolhydraten, eiwitten, essentiële aminozuren, aminozuren, vetzuren, LDL, HDL, triglyceriden, mineralen, vitamines, voedingsvezels, gezondheid, leefstijlziektes, eetstoornissen, ondervoeding/overvoeding.
Eindproduct
Fase 1: Voorbereiding van de reis
Groepswerk in groepjes van 4. Elk groepje kiest ook een verdiepingsthema.
Schrijf een verslag met in ieder geval de volgende inhoud:
- Laat zien met welke berekeningen je nagegaan hebt of het zeilplan van Laura realistisch is en breng hierin zo nodig correcties aan. Beperk je hierbij tot de belangrijkste trajecten. Maak een zo goed mogelijke schatting van de benodigde tijd voor het langste traject dat Laura gaat zeilen zonder aan te leggen in een haven. Welke aannames doe je daarbij?
- Laat zien met welke berekeningen je nagegaan hebt of de energiebronnen op de zeilboot van Laura voldoende capaciteit hebben.
- Onderzoek hoeveel drinkwater Laura nodig heeft op het langste traject en beargumenteer of het voor haar een goede optie is om drinkwater te maken door zuivering van zeewater. Betrek hierbij de conclusies uit a) en b). Ondersteun je argumenten waar mogelijk met berekeningen. Waarom kun je geen zeewater drinken?
- Werk de volgende vraag uit: Hoe kan Laura trainen om zichzelf zo goed mogelijk voor te bereiden op het leven in en op het water? Betrek bij je uitwerking de volgende onderwerpen: bloed, voeding, ademhaling, reacties van cellen op afwijkende waardes.
Denk bijvoorbeeld aan de volgende vragen: Wat moet Laura eten om een gevarieerde maaltijd te krijgen? Welke voedingstoffen zitten er in de verschillende delen van een vis? Wat gebeurt er met de bloedwaardes wanneer Laura langere tijd onder water is? Hoe reageren de cellen daarop, nemen ze bijvoorbeeld extra zuurstof op, of juist niet? Kun je jouw maximale longinhoud vergroten? Wat kan Laura drinken onderweg?
Bedenk zelf een geschikte presentatievorm voor het verdiepingsonderwerp, of integreer het in je verslag.
Afsluiting met een presentatie van de belangrijkste conclusies uit het verslag en een discussie over eventuele verschillen in conclusies.
Fase 2: Op reis
Groepswerk in groepjes van 4. Elk groepje kiest ook een verdiepingsthema.
Schrijf een verslag met in ieder geval de volgende inhoud:
- Leg aan de hand van een concreet voorbeeld uit hoe Laura haar positie op zee kan bepalen aan de hand van herkenbare punten op de kust (kruispeiling en Snelliuspeiling), en aan de hand van de positie van de zon en sterren. Maakt het voor de plaatsbepaling uit of je uitgaat van een heliocentrisch of geocentrisch wereldbeeld? Waarom wel of niet?
- Leg aan de hand van een concreet voorbeeld uit hoe Laura haar positie op zee kan bepalen aan de hand van GPS. Reken de hoogte en de baansnelheid van een satelliet met een geostationaire baan uit.
- Een chemisch wateronderzoek doen.
Je krijgt een vervuilde oplossing in water. Je gaat bepalen welke onzuiverheden hierin zitten. Mogelijk kun je ook een manier verzinnen om bepaalde onzuiverheden te verwijderen.
- Een biologisch wateronderzoek doen.
Aan de hand van een biologisch onderzoek een biotische of abiotische factor die invloed heeft op het ecosysteem onderzoeken.
Bedenk zelf een geschikte presentatievorm voor het verdiepingsonderwerp, of integreer het verdiepingsonderwerp in je verslag.
Afsluiting met een presentatie van de belangrijkste conclusies uit het verslag en een discussie over eventuele verschillen in conclusies.
Wanneer doe ik wat?
Voor dit thema staan 6 weken.
Week 1
Start fase 1: reisvoorbereiding, groepen samenstellen, keuze verdiepingsonderwerp 1.
Week 2 en 3
Werken aan verslag over reisvoorbereiding en aan verdiepingsonderwerp 1.
Week 4
Presentatie reisvoorbereiding (en verdiepingsonderwerp 1) en discussie over bevindingen.
Start fase 2: op reis, eventueel groepen veranderen, keuze verdiepingsonderwerp 2.
Week 5 en 6
Werken aan verslag over reis en aan verdiepingsonderwerp 2.
Presentatie reis (en verdiepingsonderwerp 2) en discussie over bevindingen.
Hoe laat ik zien wat ik geleerd heb?
Je levert een herkenbare bijdrage aan de rapportage van “Reisvoorbereiding” en “Op reis”.
Je hebt een actieve rol bij de discussie over de bevindingen van beide fases.
Je maakt een toets.
Hoe deel ik mijn kennis met anderen?
Door rapportages, discussies over bevindingen en actieve samenwerking in de groep.
Kennisbank
Wat kan ik nog meer onderzoeken?
Voorkennis
Oefenen
