In deze les onderzoeken leerlingen welke materialen drijven en welke zinken. Ze zoeken hierbij naar de natuurkundige grootheden die dit bepalen.
Leerdoelen
Leerlingen kunnen laten zien dat alleen massa of alleen volume niet gebruikt kan worden om te voorspellen of een voorwerp drijft of zinkt.
Leerlingen kunnen laten zien dat het om de verhouding tussen die twee gaat.
Leerlingen kunnen uitleggen dat die verhouding (dichtheid) gebruikt kan worden om een materiaal te identificeren.
Voorkennis
Geen
Drijven en zinken is een populair onderwerp in het primair onderwijs. Er kan dus relevante voorkennis zijn.
Benodigdheden
Per groepje:
Blokjes van verschillende materialen
Minstens vier soorten (bijvoorbeeld hout, plastic, messing en ijzer)
Van iedere soorten minstens drie verschillende formaten. Het is fijn als één van de formaten 1 cm3 is.
Bakje water
Docent:
aluminiumfolie
Hamer
Klassikale introductie van het practicum
Laat zien dat sommige blokjes in water drijven en andere zinken. Laat hierbij zien dat ook een heel klein blokje (van bijvoorbeeld ijzer) kan zinken en een heel groot stuk blok (van bijvoorbeeld hout) blijft drijven.
Herhaal kort het begrip grootheid (iets dat je kan meten)
Brainstorm: welke grootheid bepaalt of een voorwerp zinkt of drijft? Maak een lijst. Hierop moeten in ieder geval massa en volume staan. Wellicht zullen ze ‘materiaalsoort’ noemen. Wijs er op dat dat geen grootheid is want het is niet kwantificeerbaar.
Opdracht: bedenk in je groepje een manier om te testen of deze grootheden bepalen of een voorwerp zal drijven of zinken. Belangrijk hierbij is dat, als je bijvoorbeeld volume test, dat alle andere zaken hetzelfde moeten zijn (dit is niet mogelijk: bij ander volume is hoe dan ook de massa ook anders. Maar daar mogen ze zelf achter komen. Wel moeten de leerlingen er op letten dat ze, als ze het effect van volume testen, maar één soort materiaal gebruiken.)
Op whiteboard:
Namen + titel
Methode
Resultaten
Uitvoering
Leerlingen gaan voor de verschillende blokjes testen of ze zinken of drijven en doen verslag op hun whiteboard.
Als ze komen vragen hoe ze ervoor kunnen zorgen dat het volume anders is, maar de massa niet (of andersom), vraag ze dan of dat mogelijk is. Zo niet, dan moeten we het helaas maar accepteren.
Leerlingen zullen als snel zien dat blokjes van één materiaal soort of drijven of zinken. Vraag de leerlingen op het bord aan te geven of er verschillen zijn tussen de materiaalsoorten die drijven en de materiaalsoorten die zinken.
Organisatie (optioneel)
Tijdsplanning:
Introductie: 5 min.
In groepjes testen: 15 min
Bespreken: 15 min.
Reflectief schrijven: 10 min.
Klassenorganisatie
Beschrijf hier verschillende varianten van klassenorganisatie.
Tips voor tijdswinst
Inhoud kringgesprek
Welke grootheid is een goede voorspeller voor drijven of zinken? (Geen! Van één soort materiaal zinkt alles, wat het volume of massa ook is. Van een soort drijft juist alles).
Zien we dan verschillen tussen de stoffen die zinken en de stoffen die drijven als we kijken naar hun massa’s en volume’s? (Ja, de stoffen die drijven zijn zwaarder).
Maar het grootste blokje hout is zwaarder dan het kleinste blokje ijzer. (Dat is waar…. maar de blokjes van hetzelfde volume zijn lichter)
Dat is een belangrijk punt! Deel je blokjes eens in op volume en leg daarbij nu ook de blokjes van verschillende materialen bij elkaar. Klopt het dat de blokjes die drijven altijd lichter zijn? (Ja!!)
Wat wordt dan onze conclusie? (Werk toe naar: voorwerpen die hetzelfde volume hebben drijven als hun massa klein is)
Test: Neem een propje aluminium folie. Deze zal drijven. Verklein het volume, door er met een hamer op te slaan. Vraag de klas wat er zal gebeuren als we hem nu in het water gooien (het volume is kleiner, maar de massa hetzelfde, dus die gaat nu zinken!). Laat zien dat dit klopt.
Maar hoe klein is dan genoeg? (… In ieder geval kleiner dan de massa van ijzer….)
Vul een ballon met water en laat deze in een diepe bak water zakken. Zorg ervoor dat er zo min mogelijk lucht in de ballon zit. Mogelijk moet je de ballon nog iets verzwaren. Als je het goed gedaan hebt blijft de ballon ‘zweven’: hij blijft op dezelfde hoogte hangen.
Vraag de leerlingen hoe we kunnen meten hoeveel massa de ballon zou hebben als hij hetzelfde volume zou hebben als één van de blokjes (kies heel toevallig een blokje van 1 cm3). Introduceer de onderdompelingsmethode: het water stijgt net zoveel mL als het volume van de ballon. Samen berekenen levert op dat de massa van 1 cm3 ballon een massa heeft van 1 g.
Introduceer het begrip dichtheid. De dichtheid van een stof is de hoeveelheid massa van 1 cm3 van die stof. Waarom zou juist de dichtheid van 1g per cm3 bepalen of iets drijft of zinkt? Laat leerlingen hierover nadenken. Je kunt als hint geven: hoe groot zou de dichtheid van het water zijn? Kijk goed naar de (gevulde) ballon. Waar bestaat die voor het grootste deel uit?
Werkt toe naar de conclusie:
Voorwerpen zinken als ze een grotere dichtheid hebben dan water.
Voorwerpen drijven als ze een kleinere dichtheid hebben dan water.
Voorwerpen zweven als ze dezelfde dichtheid hebben als water.
Dichtheid is een materiaaleigenschap, altijd hetzelfde voor willekeurige hoeveelheden van een materiaal, maar verschillend voor verschillende materialen.
Optioneel: je kunt laten zien dat je een bootje kan maken van een materiaal dat, als je er een klein brokje van neemt, zou zinken. Bijvoorbeeld: een bootje van aluminium. Als je een groepje hebt dat voor loopt, kun je dit groepje over dit probleem laten nadenken en hun ideeën laten presenteren.
Inhoud logboek (optioneel)
Laat leerlingen hun eigen reflectie schrijven. Vraag ze om de eindconclusie op hun eigen manier te verwoorden.