In dit practicum wordt met behulp van een afstandssensor en een krachtsensor de beweging van een massa-veersysteem in de tijd onderzocht. Dit practicum kan als individueel practicum worden uitgevoerd maar ook als demo-practicum waarbij de metingen later gedeeld worden met de leerlingen. De data uit dit practicum zijn ook nodig voor practicum 3. Noteer de volgende gegevens: veerconstante en de massa aan de veer. Vooraf aan dit practicum kan W1 gedaan worden, maar dit kan ook als herhaling achteraf.
Leerdoelen
u(t)-, v(t)- en a(t)- diagrammen van een massaveersysteem
F(t)-diagram (indien mogelijk)
Fase of tegenfase van de verschillende diagrammen
Meten van plaats met behulp van sensoren
Voorspellen en verklaren van de diagrammen en hun onderlinge relaties
Voorkennis
Verband tussen x,t-diagram, v,t-diagram en a,t-diagram (algemeen)
In evenwichtstand
Benodigdheden
Afstandssensor (ranger)
Krachtsensor
IP-Coach of ander meetprogramma (b.v van de grafische rekenmachine)
Veer met een gewichtjes (bij demo : toch ieder groepje een opstelling zonder sensoren)
Statief
Klassikale introductie van het practicum
Demonstreer hoe leerlingen de apparatuur en de opstelling moeten bouwen
Geef richtlijnen voor de totale meettijd en de sample frequentie
Wijs leerlingen erop dat ze een kleine amplitude moeten gebruiken (demonstreer)
Herhaal nog de relaties tussen (u,t), (v,t) en (a,t) diagrammen uit eerdere hoofdstukken
Optioneel: Doe nog een (loop)proefje met de afstandssensor ter ondersteuning van de verschillende diagrammen
Uitvoering
Hang de veer met de massa aan de krachtsensor
Stel de krachtsensor en de afstandssensor in op nul als de massa stil hangt
Stel het meetprogramma (bijvoorbeeld IpCoach) zo in dat je onder elkaar de volgende grafieken krijgt als functie van de tijd:
Plaats tegen tijd
Snelheid tegen tijd
Versnelling* tegen tijd
Kracht* tegen tijd
*Versnelling en kracht mogen ook in 1 diagram
Geef de massa een kleine uitwijking (ongeveer een centimeter) en start de metingen.
Stel de meettijd zo in dat je ongeveer 2 tot 3 hele trillingen meet met genoeg meetpunten
Als het experiment niet als demo gedaan wordt, geef dan elke groep een andere combinatie van veerconstante en massa
Organisatie
Tijdsplanning:
Introductie (+ uitleg meten) 5 (+5) minuten
Start experiment 5 minuten
Experiment 15 minuten
Uitwerken metingen 10 minuten
Kringgesprek 10 minuten
Logboek 5 minuten
Organisatie
Dit experiment kan als demo-experiment gedaan worden of door alle groepen
Als leerlingen geen ervaring hebben met het meten met een meetprogramma (bv IpCoach) kan het nodig zijn om hier eerst aandacht aan te besteden
Je kunt ook de metingen van het demo-experiment delen met de leerlingen zodat ze zelfstandig de analyse kunnen doen
Laat de groepjes op het whiteboard alle diagrammen onder elkaar (versnelling en kracht in één diagram) tekenen (minimaal 2 trillingen, nauwkeurigheid is belangrijk)
Laat de leerlingen onder de diagrammen een overzicht maken van de krachten op het blokje op positie A t/m G (zie figuur hiernaast)
Voor snelle groepjes: a,u diagram, F,a diagram en F,u diagram. Wat betekenen de richtingscoëfficiënten
Laat leerlingen de metingen bewaren
Inhoud kringgesprek
Laat de leerlingen elkaars borden bekijken
Laat leerlingen werkblad 1 erbij halen (dit was hun verwachting) en vergelijken met de metingen
Laat leerlingen de overeenkomst tussen het a(t) en F(t) diagram ontdekken
Laat leerlingen de overeenkomst tussen het a(t) en het u(t) diagram ontdekken
Tijdens het trillen van het blokje overheerst afwisselend de zwaartekracht en de veerkracht
Bespreek de richting van zwaartekracht, veerkracht en nettokracht
Haal de opstelling er nog eens bij en laat leerlingen aangeven welke positie in de beweging overeenkomt met hun diagram
Laat leerlingen een relatie leggen tussen v = 0 en de uiterste standen
Welke grafieken zijn er in fase, uit fase en verschoven in fase?
Optioneel
Laat leerlingen de relatie leggen tussen helling/oppervlakte van de verschillende grafieken
Inhoud logboek
Begrip fase
a(t) en F(t) in fase
a(t) en u(t) uit fase (fase verschil van een halve trillingstijd), tegengesteld
v(t) diagram een kwart trillingstijd verschoven
Kracht is recht evenredig met de uitwijking maar met een tegengesteld teken.
Krachten in de evenwichtstand, de uiterste standen en er tussen in (tekening)
Voorbeeld resultaten
Helling a,u-diagram =
Helling F,a-diagram =
Helling F,u-diagram =
Optioneel kun je de leerlingen vragen waarom de punten in het onderste diagram rond het midden verder uit elkaar liggen.
