Dit is de WikiWijs van de onderzoeksmodule 'The falling egg' voor klas 3 van de Academische Route van het Ichthus College. Deze modulen ronden we in 5 onderzoeksblokuren af. In deze module gaan jullie leren over en onderzoeken aan verschillende aspecten van een ei. We gaan de natuurkunde en scheikundige kanten van een ei onderzoeken.
Zoals de naam al doet vermoeden gaan we een ei laten vallen van ongeveer vier meter. Hiervoor gaan we eerst onderzoek doen naar het ei. Doormiddel van een ontwerpcyclus gaan jullie zelf iets maken waardoor het ei niet kapot gaat als we hem van vier meter hoogte laten vallen.
Wij wensen jullie allemaal veel plezier met deze module.
Mevrouw De Vries en mevrouw Kroes.
Globale planning
Week 1: - Inleiding onderwerp
- Practicum maïzena
- Scheikunde van het ei
Week 2: - Energie
- Valbescherming ei
Week 3: - Ontwerpcyclus
- Prototype planning
Week 4: - Falling egg proef (filmen)
- Document afmaken en presentatie maken
Week 5: - Presenteren
Werken aan en met deze onderzoeksmodule
Bij het vak natuurkunde en bij het vak scheikunde staan er per hoofdstuk vaak een paar ideeën en concepten centraal. Bij dit onderzoeksproject staat echter één toepassing of probleem van de wetenschap centraal. In dit geval is dat dus het vallende ei. Alle kanten van een ei zullen aan bod komen. Van de natuurkunde zul je krachten en formules moeten toepassen. Van de scheikunde zul je op molecuulniveau moeten onderzoeken wat een barst van een ei nu eigenlijk is. Hiervoor heb je kennis van moleculen en reactievergelijkingen nodig.
Werken met een schrift of projectdocument
Omdat er heel veel verschillende onderdelen, vragen en onderzoeken langs zullen komen, is het van groot belang dat je voor jezelf en ook je groepje een duidelijke structuur houdt. Voor dit project gebruik je dus een nieuw schrift of maak je een nieuwe map op je laptop aan zodat je alles kan terugvinden wat je hebt gemaakt en onderzocht binnen het onderwerp over de falling egg.
Ontwerpcyclus
Hier vind je het algemene document over hoe je een ontwerpplan moet maken.
Beoordeling en afsluiting
Dit project wordt beoordeeld met een onvoldoende, voldoende of goed.
De eisen waaraan je moet voldoen zijn:
- Portfolio met voorblad en inhoudsopgave waarin de inleidende opdracht, voorbereidingsopdrachten (1 en 2) en de ontwerpcyclus zijn opgenomen.
- Presentatie van je ontwerp (laatste les)
Inleidende opdracht
In onderstaande link staat het filmpje die jullie de eerste les bekijken.
Geef tijdens of na het kijken van het filmpje antwoord op de onderstaande kijkersvragen:
1. Op welke drie verschillende stoffen laten ze een ei vallen?
2. Bij hoeveel meter gaat het ei kapot bij de verschillende stoffen?
3. Leg nu in eigen woorden uit wat er gebeurt vanaf het moment dat een ei de borax raakt.
Practicum maïzena
In het filmpje hebben jullie kort kennis gemaakt met de stof maïzena. Maïzena is een niet-newtiaanse vloeistof. Dat is een vloeistof die zich niet aan de newtonwetten houdt. Wat dit inhoudt?? Dat gaan jullie zelf ervaren!
Het doel van dit practicum is om te ervaren hoe een niet-newtiaanse vloeistof reageert op verschillende situaties.
Zorg ervoor dat jullie de uitwerking van het practicumverslag opnemen in jullie dossier! Open hier het practicum voorschirft.
Voorbereidingsopdrachten
Scheikunde van het ei
Tekst 1 – Geboorte van een kippenei
Een hen doet er ongeveer 25 uur over om een ei te maken. De basis is een geel balletje (de dooier) in de eileider van de hen. De eileider is een gekronkelde buis van zo'n 75 centimeter lang. De dooier zakt langzaam de eileider af naar buiten. Een dooier is eigenlijk een eicel met veel reservevoedsel. Onderweg wordt hij netjes ingepakt. Eerst komt er eiwit omheen, daarna twee vliezen en de schaal. Terwijl het ei door de eileider glijdt, wordt de achterkant puntig, de voorkant blijft stomp. Bijna iedere dag komt er een nieuwe gele dooier in het begin van de eileider.
Er zijn ook afwijkende eieren, soms vallen twee balletjes eigeel tegelijk in de eileider van de hen, waar omheen zich dan de schaal vormt. Zo'n ei heet een dubbeldooier. Soms legt een hen een ei zo groot als een duivenei waarin geen dooier zit. Zo'n ei ontstaat doordat een stukje eiwit zich losmaakt van de wand van de eileider. Om dat eiwit vormen zich vervolgens een eivlies en een schaal. Zo'n ei wordt ook wel een 'scheet' of 'hanenei' genoemd. Soms heeft een ei wèl een vlies maar géén schaal. Dit is een windei.
We gaan nu naar het scheikundige deel van een ei kijken. Jullie zijn bij het vak scheikunde al bezig met het opstellen van reactievergelijkingen. Om een reactievergelijking op te stellen moeten we natuurlijk wel een reactie uit gaan voeren.
Om eerst wat te oefenen met reactievergelijkingen kijk je het onderstaande filmpje en maak je 3 voorbeeldopgaven.
Maak onderstaande drie reactievergelijkingen kloppend.
Het doel van deze proef is om doormiddel van een chemische reactie zelf een windei te maken. Noteer de reactie die optreedt in een reactievergelijking.
Open dit bestand en maak het onderzoeksverslag. Voeg dit verslag ook weer toe aan jullie dossier.
Energie
Energie komt in vele vormen in de natuur voor. Denk maar eens na over de auto die rijdt, die bevat energie om te bewegen, een bloempot op de derde etage bevat zwaarte-energie en een lamp die brandt verbruikt elektrische energie. Deze energiesoorten kunnen ook weer omgezet worden in allemaal andere vormen van energie.
Zoek van de zeven belangrijkste vormen van energie uit wat het betekent, benoem bij elke vorm van energie ook een voorbeeld waarin je de energie zou kunnen terug zien.
Als je kijkt naar de lamp uit de inleiding kun je zeggen dat de lamp elektrische energie tot zich neemt en dit omzet in stralingsenergie en thermische energie, in de vorm van licht en warmte. Dit kun je terug zien in onderstaand energiestroomdiagram.
Er komt 100% aan elektrische energie in de lamp. Als de lamp aanstaat wordt deze elektrische energie omgezet in licht en warmte. De energie die nuttig wordt gebruikt is hier het licht. De energie die niet nuttig wordt gebruikt is warmte. Je kan in het stroomdiagram zien dat het grootste gedeelte bij deze lamp wordt omgezet in warmte. In totaal wordt alle energie omgezet in een nieuw vorm van energie, er gaat geen energie verloren!
Bepaal van de volgende energieomzetters het energiestroomdiagram, laat duidelijk zien welke energie nuttig wordt gebruikt en welke energie niet nuttig wordt gebruikt.
Een brandende kaars
Een waterkoker
Jij zelf als je op de fiets fietst
Een elektrische auto die rijdt
Een auto die op benzine rijdt
Opdracht Wet van behoud van energie
Leg uit waarom dat er toch elke keer nieuwe energie moet worden opgewekt om een energieverbruiker te laten draaien, terwijl er toch geldt wet van behoud van energie?!
OpdrachtRendement
Leg uit wat er met rendement wordt bedoeld in relatie tot wet van behoud van energie en energie omzettingen.
Voor de egg proef worden de energieën bepaald en welke energieomzetting er plaats vindt. Daarvoor moet je gaan bedenken welke vorm van energie er een rol spelen bij het vallen van een voorwerp.
Tijdens de egg proef gaan jullie de snelheid van het ei bepalen waarmee het ei op de grond valt, dit is een vorm van de wet van behoud van energie. We gaan er bij deze energieomzetting vanuit dat alle energie in één vorm wordt omgezet, oftewel een 100% omzetting.
Bekijk het filmpje van checkpoint. In dit filmpje wordt een zak water opgetakeld tot een grote hoogte en wordt daarna losgelaten. Hier vindt een energieomzetting plaats. Bepaal aan de hand van de gegevens uit het filmpje en de informatie die je tot nu toe hebt opgezocht de snelheid waarmee de zak water op de grond terecht komt.
Je hebt nu het onderdeel wet van behoud van energie doorgewerkt, laat je antwoorden zien aan de betreffende docent, zodat ze kunnen worden afgevinkt en je verder kan met het uitwerken van de egg proef!
Lees eerst paragraaf 4, de schade beperken, van hoofdstuk 1, bewegen in het verkeer, uit je natuurkunde tekstboek.
Voor de egg proef ga je straks een valbescherming om je ei heen ontwerpen, deze opdracht helpt je om hier over na te gaan denken en de natuurkunde achter de valbescherming te doorgronden.
In de opdracht van het windei heb je geleerd van welk materiaal een ei is gemaakt. Dit materiaal heeft een bepaalde stevigheid. Het ei heeft een kegelvorm, dit zorgt er voor dat een ei behoorlijk kracht aan kan voordat het ei breekt.
Zet je een kippenei in de lengte rechtop, dan kan dit ei ongeveer 4 kg aan massa dragen.
In hoofdstuk 4, paragraaf 4, heb je theorie gelezen over druk.
Probeer een verklaring te geven voor het feit dat een ei in verticale positie 4 kg aan massa kan dragen. Een ei in de breedte richting kan dit niet. Maak hierbij eventueel gebruik van een tekening.
Om je ei straks tijdens de val te beschermen ga je een valhelm ontwerpen, tijdens het werken aan de ontwerpcyclus ga je meerdere ideeën uitdenken. Een valhelm zal ervoor zorgen dat de remweg van het ei verlengt wordt, zodat de tijd van het remmen langer wordt.
Een ei is een lekker maar fragiel voorwerp. Hoewel je er - als je het goed doet - op kunt staan, zal het een val uit de koelkast vaak niet overleven, met een vieze smurrie als gevolg. Een hardgekookt ei kan al iets meer hebben, maar zelfs dat valt kapot van de hoogte van het aanrecht. Zou er niet een systeem ontworpen kunnen worden om het ei te beschermen tegen kapotvallen?
Elk ontwerp begint met een ontwerpprobleem of ontwerpopdracht. De opdrachtgever zou hier bijvoorbeeld een keukenfabrikant kunnen zijn. Hij wil graag een simpele, goedkope oplossing voor eieren die van de hoogte van het aanrecht op de grond kapot vallen. De ontwerpopdracht luidt als volgt: ontwerp een opvangbak of landingsplatform om een hardgekookt ei op te vangen zonder dat het kapotvalt. Het materiaal wat je hiervoor gaat gebruiken moet je zelf gaan bedenken en meenemen!
Met zo‟n opdracht ga je als ontwerper aan het werk. Eerst verken je de opdracht. Je opdracht is niet alleen om iets te ontwerpen, maar het moet ook praktisch uitvoerbaar zijn. Kortom: je moet het ontwerpprobleem goed analyseren en beschrijven.
Dit is fase 1 van de ontwerpcyclus. De opdracht die hierbij hoort is het maken van een mindmap over bovenstaand probleem.
Vul met deze en je eigen informatie de mindmap in figuur 1 aan. Neem hem over in je logboek en vul aan. In de cirkels: Wie hebben (nog meer) met dit probleem te maken? Op de lijntjes bij de cirkels: Wat willen deze „probleemhebbers‟? Hoe meer je verzint, hoe beter je het probleem in beeld krijgt. Het ene idee roept vaak het andere op.... Schrijf samen zoveel mogelijk op.
Zorg ook dat je in fase 1 van de ontwerpcyclus antwoord geeft op onderstaande vragen:
< >Waardoor wordt het probleem veroorzaakt?Zijn er problemen die hierop lijken en zijn hier al oplossingen voor bedacht?
Figuur 1 - Mindmap opstart
Fase 2 het programma van eisen
De analyse van de opdracht leidt tot eisen waaraan het ontwerp moet voldoen. Ook de wensen van de opdrachtgever en de gebruiker moeten in het ontwerp worden verwerkt. De ontwerper stelt daarom een programma van eisen op. Dit programma van eisen vormt een soort contract met de opdrachtgever. Ontwerper en opdrachtgever leggen hiermee vast waar het te ontwerpen product aan moet voldoen.
Er bestaan verschillende soorten eisen.
Eisen die met de taak en de functie van het (nieuwe) product te maken hebben: Wat moet dat (nieuwe) product kunnen? Waar moet het voor zorgen?
Eisen die met het gebruik van het (nieuwe) product te maken hebben: Hoe bruikbaar is het? Hoe kun je het gebruiken?
Eisen die met de vormgeving en de prijs van het (nieuwe) product te maken hebben: Hoe duur mag het zijn? Hoe kan het eruit zien?
Eisen die te maken hebben met de productie van het ontworpen product: Is productie mogelijk? Zijn de plannen haalbaar en uitvoerbaar?
In het programma van eisen moeten de eisen helder worden geformuleerd, zodat je ze kunt controleren. Een eis als: 'de opvangbak moet handig zijn' is niet controleerbaar. Want wat de een handig vindt is dat voor de ander niet. Een eis als 'de opvangbak moet met 1 hand te gebruiken zijn' is wel controleerbaar.
Hieronder zie je de eisen staan die wij stellen aan jullie product. Als opvangbak ga je denken aan valbescherming om het ei heen! Vul het eisen pakket aan met nog drie zelf bedachten eisen.
Eis
Soort eis
Het ei moet na de val zonder te breken uit de valbescherming kunnen worden gehaald.
Product eis
De valbescherming materialen zijn goedkoop
De valbescherming moet makkelijk te produceren zijn
Het ei met valbescherming moet zonder te breken van een verdieping op school kunnen vallen.
Taak-eis
Fase 3 de ideeën
Als het programma van eisen is opgesteld kunnen er ideeën worden bedacht. Laat daarvoor eerst je eisen pakket controleren door de docent.
Als de eisen zijn opgeschreven, komt een moeilijk maar creatief moment voor de ontwerper. Het ontwerp moet immers aan de eisen voldoen. Hiervoor zijn goede ideeën nodig. Vaak kun je op heel verschillende manieren aan een bepaalde eis voldoen. Er bestaat nooit maar één oplossing voor een ontwerpeis!
De ideeëntabel kan je helpen om verschillende ideeën te verzinnen voor de vele taken en eigenschappen die het nieuwe ontwerp moet hebben. In de linkerkolom van die tabel vertaal je de eisen die vooral met de werking en de taken van het nieuwe product te maken hebben in vragen die steeds beginnen met „Hoe kun je…‟.
Een eis is bijvoorbeeld 'moet een gekookt ei van een hoogte van 2,5 meter op kunnen vangen zonder dat het breekt‟. De beginvraag in de ideeëntabel is dan 'hoe kun je de valbescherming stevig maken?'
Als je de linkerkolom ingevuld hebt, begint de creatieve fase. Je probeert voor iedere vraag verschillende mogelijke uitwerkingen te verzinnen. Die schrijf je in de rechterkolommen op. Denk daarbij vooral door op ideeën, die niet direct voor de hand liggen en die op het eerste gezicht niet bruikbaar lijken. Ze kunnen de opstap zijn naar andere ideeën die misschien wél uitvoerbaar zijn.
Je kan voor de ideeën onderstaande tabel gebruiken, laat je niet beperken door de ruimte van de tabel! Breidt de tabel naar eigen inzicht veder uit. Hou in het opstellen van je ideeën ook rekening met de theorie die je tot nu toe hebt doorgelezen en verwerkt!
Hoe kun je?
Uitwerkingen
1
2
3
4
Fase 4 het ontwerpvoorstel
Maak nu een ontwerpvoorstel voor valbescherming van je ei! Hou in je ontwerpvoorstel ook rekening met het plan van eisen en onderbouw je ontwerpvoorstel met de theorie die je weet.
Laat je ontwerpvoorstel controleren door de docent
Fase 5 en 6 Prototype, de echte test en evaluatie
Je mag 1x gooien met het ei en zijn valbescherming. Vooraf doe je een hypothese, het prototype, je voorspelt wat er zal gaan gebeuren. Ben je niet helemaal zeker van je zaak, dan kun je nu nog aanpassingen uitvoeren!
Na het bepalen van de hypothese ga je het ontwerp testen. Je gooit het ei van een verdieping naar beneden. Na het gooien ga je de proef evalueren en uitwerken.
In je verslag lezen wij het volgende over deze fase terug
- Waarnemingen van de val, tip: film je val, dan kun je in alle rust de waarnemingen noteren.
- Het eindresultaat van de val.
- Een beter voorstel voor valbescherming
- Bepaling van de snelheid waarmee het ei op de grond valt. Maak hierbij gebruik van de voorbereidingsopdracht energie.
Het arrangement The falling egg is gemaakt met
Wikiwijs van
Kennisnet. Wikiwijs is hét onderwijsplatform waar je leermiddelen zoekt,
maakt en deelt.
Auteurs
Welmoed de Vries
Je moet eerst inloggen om feedback aan de auteur te kunnen geven.
Laatst gewijzigd
2017-03-21 08:44:06
Licentie
Dit lesmateriaal is gepubliceerd onder de Creative Commons Naamsvermelding 3.0 Nederlands 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.
van de Academische Route van het Ichthus College. Deze modulen ronden we in 5 onderzoeksblokuren af. In deze module gaan jullie leren over en onderzoeken aan verschillende aspecten van een ei. We gaan de natuurkunde en scheikundige kanten van een ei onderzoeken.
