Educatief Pakket
1ste graad Secundair Onderwijs
Dit
1
pro ject
word t ond ersteu nd
id verhe O e s m aa an de Vl binnen h et actieplan wetenschapscommunicatie, een initiatief v
Het educatief pakket ‘ ’ is een actie binnen het actieplan Wetenschapscommunicatie, een initiatief van de Vlaamse overheid. Het educatief pakket ‘ ’ kadert in het multimediaal project ‘Met Frank De Winne naar de ruimte’, een project van VRT/ Canvas; Euro Space Society vzw en Flanders Technology International vzw. Het educatief pakket ‘ ’ werd gerealiseerd door Technopolis®, het Vlaamse doe-centrum voor wetenschap en technologie in Mechelen. Met Technopolis® brengt F.T.I vzw in opdracht van de Vlaamse Regering wetenschap en technologie dichter bij de mens. Voor meer informatie over het actieplan Wetenschapsinformatie en Innovatie: www.wetenschapmaaktknap.be Wees altijd voorzichtig! Technopolis® kan niet verantwoordelijk gesteld worden voor gebeurlijke schade of ongevallen tijdens het uitvoeren van de experimenten. Flanders Technology International vzw -2009- alle rechten voorbehouden. Niets uit deze uitgave mag worden gereproduceerd zonder voorafgaandelijke schriftelijke toestemming van de uitgever. Verantwoordelijke uitgever: Erik Jacquemyn, Technologielaan, 2800 Mechelen.
2
Beste leerkracht, Dit educatief pakket heeft als doel om samen met uw leerlingen op een actieve manier enkele thema’s rond natuurwetenschappen, biologie, aardrijkskunde, wiskunde en technologische opvoeding te behandelen. Het pakket behandelt zeven thema’s, die telkens vertrekken vanuit een ‘vraag aan een astronaut’. De leerlingen worden aangemoedigd om na te denken over de openingsvraag en om op zoek te gaan naar het antwoord op de vraag. Zo komen ze meer te weten over het leven in het internationaal ruimtestation terwijl ze een aantal eindtermen behalen. Een Invulkaart begeleidt de leerlingen naar het juiste antwoord op de themavraag. Om meer inzicht te krijgen in het lesthema, kunnen ze het experiment op de Doe-kaart uitvoeren of kunnen ze een of meer fragmenten bekijken uit de Canvas-documentaire ‘Beroep: astronaut’. Voor de leerkrachten is er bij elk thema een leerkrachtenfiche voorzien, waarin didactische tips en achtergrondinfo staan. Op de antwoordkaart worden beknopt de antwoorden weergegeven, zoals de leerlingen die moeten invullen op hun Invul- en Doe-kaarten. Wij zijn ervan overtuigd dat dit pakket voor u een waardevol werkinstrument zal zijn. Indien u meer informatie wenst, kunt u steeds terecht op ons nummer 015-34 20 00 of via het e-mailadres
[email protected] . We wensen u veel doe-plezier met dit wetenschappe-leuke pakket!
3
Voorwoord
3
Inhoudstafel
3
Hoe gebruik je dit educatief pakket in de klas?
4
1 Wat gebeurt er met je hoofd in het ISS?
6
2 Waarmee schrijft een astronaut?
16
3 Hoe groot is een astronaut?
24
4 Hoe drinkt een astronaut?
34
5 Drinken astronauten hun eigen urine?
42
6 Hoe werkt een ruimterobot?
49
7 Kan je het ISS zien?
59
Eindtermen
68
Aan de slag!
Bent u vakleerkracht in de eerste graad van het secundair onderwijs? Dan kan u meteen aan de slag met dit pakket. Als u een thema wil behandelen dat uitsluitend uw vakgebied aanbelangt, kan u een passend thema vinden door naar de vakaanduiding te kijken die bovenaan elke pagina vermeld staat. Of deinst u er niet voor terug om ook andere vakken in uw les aan bod te laten komen, of wil u in het kader van projectwerk iets doen rond ruimtevaart? Dan kan u de thema’s vakoverschrijdend gebruiken, naargelang de interesse van u en de leerlingen. Het vak natuurwetenschappen bijvoorbeeld, komt in elk thema aan bod.
Methodiek
De leerlingen krijgen voor elk thema een Invulkaart en een Doe-kaart. Op de Invulkaart kunnen de leerlingen een hypothese formuleren. Vervolgens begeleidt de Invulkaart hen naar het juiste antwoord. Tijdens hun zoektocht, worden de leerlingen doorverwezen naar beeldfragmenten uit de Canvas-documentaire ‘Beroep: astronaut’, waarin Frank De Winne wordt gevolgd tijdens zijn voorbereidingen voor de OasISS missie in 2009. Bovendien worden de leerlingen aangemoedigd om het experiment op de Doe-kaart uit te voeren, om zo meer te weten te komen over het onderwerp. De filmpjes zijn een hulpmiddel voor de leerlingen, maar geen voorwaarde om de les te kunnen geven. Voor u als leerkracht is er bij elk thema een Leerkrachtenfiche en een Antwoordkaart voorzien. Op de Leerkrachtenfiche staan enerzijds Didactische tips om de les vlot te laten verlopen, handig gegroepeerd zodat ze makkelijk te linken zijn aan de Invulkaart en de Doe-kaart van de leerlingen. Anderzijds bevat de Leerkrachtenfiche ook Achtergrondinformatie, die u kan gebruiken om uzelf te verdiepen in het thema. Op de antwoordkaart worden beknopt de antwoorden weergegeven, zoals de leerlingen die moeten invullen op hun Invul- en Doe-kaarten. De beeldfragmenten uit de Canvas-documentaire ‘Beroep: astronaut’ kan u vinden op de website: www.technopolis.be/vragenaaneenastronaut
Lesverloop
Om de les tot een goed einde te brengen, volstaat het de instructies op de Invulkaarten van de leerlingen te volgen, gecombineerd met de Didactische tips op de Leerkrachtenfiche. Een lesthema begint steeds met het nadenken over een wetenschappelijke vraag inzake ruimtevaart. U leidt een klassikale discussie waarin de verschillende meningen van de leerlingen gehoord worden. Moedig de leerlingen wel aan om, met behulp van de argumenten van de medeleerlingen, elk voor zich een antwoord te formuleren. Op de Doe-kaart staat telkens een experiment beschreven, dat de leerlingen helpt om het antwoord op de themavraag te vinden. Er worden steeds eenvoudige materialen gebruikt, die vaak al voorhanden zijn in de klas. De overige benodigdheden kunnen de leerlingen meebrengen van thuis. De meeste experimenten worden in groep uitgevoerd, zoals uitgelegd op de Doe-kaart. De experimenten waarbij geen leerlingenaantal vermeld staan, kunnen individueel of in groepjes van twee uitgevoerd worden, naargelang het beschikbare tijdsbestek.
4
Bij elk lesthema horen ook een of meerdere filmpjes, uit de Canvas-documentaire ‘Beroep: astronaut’. De filmpjes tonen hoe het er aan toegaat in het leven van een echte astronaut. De leerlingen leren er verschillende aspecten van de ruimtevaart kennen en kunnen die kennis gebruiken om zich te verdiepen in de themavraag. Let wel: de filmpjes zijn een mooie aanvulling, maar niet noodzakelijk voor een goed lesverloop. Voor sommige thema’s moeten de leerlingen een aantal begrippen opzoeken. Daarbij is het belangrijk dat ze toegang hebben tot woordenboeken, encyclopedieën en/of PC’s met internetverbinding. Op het einde van elk lesthema, bundelen de leerlingen alle kennis die ze tijdens de les hebben opgedaan zodat ze opnieuw een antwoord op de themavraag kunnen formuleren.
Eindtermen
Vaak is het een hele opgave om de doelstellingen van het leerplan binnen de termijn van een schooljaar te realiseren. Het educatief pakket ‘Vragen aan een astronaut’ helpt u alvast om een aantal verplichte lesinhouden gericht en aantrekkelijk te brengen. Bij elk thema is aangegeven welk vakdomein van toepassing is. Achteraan dit educatief pakket vindt u een overzicht van de eindtermen die het lespakket mee kan helpen realiseren.
En na de les?
Vonden uw leerlingen wetenschap in een ‘ruimtevaart-jasje’ ook zo interessant? Dan is een bezoekje aan Technopolis® zeker de moeite waard. In de interactieve opstellingen rond ruimtevaart, worden de leerlingen ondergedompeld in de fascinerende wereld van de astronauten. Ze lanceren er zelf een raket, komen te weten hoeveel ze wegen op Mars en ontdekken wat een ruimtevaarder eet. Bovendien kunnen ze er te weten komen hoe het voelt om te wandelen op de maan!
5
1.1 Invulkaart A Wat is volgens jou het effect dat een verblijf in het ISS heeft op je hoofd? Kleur het bolletje bij het antwoord van jouw keuze. Het wordt dikker Het wordt dunner Het blijft hetzelfde
En op je benen? Ze worden dikker Ze worden dunner Ze blijven hetzelfde
Waarom denk je dat dat gebeurt? Overleg met je klasgenoten. .................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
6
B Luister naar de instructies van je leraar en voer het experiment ‘Steek je hand in de lucht!’ uit. Kijk na het experiment naar je handen en vul volgende tabel in: Linkerhand (langs je lichaam)
Rechterhand (in de lucht)
Kleur Dikte Wat is je besluit? (Schrap wat niet past) Het bloed in ons lichaam stroomt gemakkelijker/moeilijker naar beneden dan naar boven.
C Voer samen met een klasgenoot het experiment ‘Steek je benen in de lucht’ uit volgens de instructies op de Doe-kaart. Vul volgende tabel in: Benen omhoog (liggend)
Benen omlaag (rechtopstaand)
Kleur Dikte Wat is je besluit? (Schrap wat niet past) Het bloed en de andere vloeistoffen in ons lichaam stromen gemakkelijker/moeilijker naar boven dan naar beneden.
7
D Bekijk het filmpje: Zweven of vallen? Wat gebeurt er met de voorwerpen die Frank loslaat in het internationaal ruimtestation? Zet voor elk voorwerp een kruisje in de juiste rij.
Tang
Klasfoto
Geluksbrenger
Valt naar beneden Blijft zweven Stijgt naar het plafond Wat is je besluit? (Vul in) Voorwerpen in de ruimte ................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ E Bekijk nu twee filmpjes van Frank De Winne (‘Zweven in de ruimte’ en ‘Tijdens de training’): één filmpje is gemaakt tijdens zijn training op aarde, in het andere filmpje verblijft hij in het ISS. Vul als conclusie volgende tekst aan met woorden uit volgend lijstje: stijgen, gemakkelijker, dikker, hetzelfde, vallen, zweven, dunner, moeilijker. Opgelet: je moet niet elk woord gebruiken. Op aarde _______________________________________ voorwerpen wanneer je ze loslaat. Daarom stroomt bloed op aarde _______________________________________ naar beneden dan naar boven. In de ruimte zullen voorwerpen _______________________________________ . Dat effect merk je ook aan het bloed en de andere vloeistoffen in het lichaam van een astronaut. Het hoofd van Frank De Winne is in de ruimte _______________________ _________________ dan op aarde. Wat je niet zag in het filmpje, is dat zijn benen in het ISS _____________________ ___________________ zijn. F Nadenkertje: Wanneer astronauten terugkeren naar de aarde, vallen ze makkelijk flauw. Waarom hebben ze last van flauwtes? Overleg met je klas en denk aan wat je tijdens deze les geleerd hebt. Formuleer samen een antwoord. .................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
8
1.2 Doe-kaart: Steek je benen in de lucht!
Wat heb je nodig? - Stopwatch - Lintmeter - Wasbare stiften of stukjes tape - Jezelf en een klasgenoot (een proefleider en een proefpersoon)
Aan de slag! De proefpersoon staat, op een ontspannen manier, gedurende 10 minuten rechtop (de proefleider houdt de tijd in de gaten). De proefleider markeert drie meetplaatsen op het been van de proefpersoon (met een wasbare stift of met stukjes tape): - A: Net boven de knie - B: Het dikste punt van de kuit - C: Net boven de enkel
De proefleider meet nu met een lintmeter de omtrek van het been op de plaatsen A, B en C. Opgelet: meet nauwkeurig! De lintmeter moet goed tegen de huid aangedrukt zijn, maar mag het been niet samendrukken.
9
De proefleider noteert de resultaten in de tabel. De proefpersoon gaat nu liggen met de benen in een rechte hoek naar omhoog. Gebruik daarvoor een muur. Na 10 minuten meet de proefleider opnieuw de omtrek van het been op de drie plaatsen en noteert de resultaten. Let op: tijdens het meten blijft de proefpersoon met de benen omhoog liggen!
Wat gebeurt er? Vul volgende tabel in: Plaats van de meting
10
Beenomtrek (rechtopstaand)
Beenomtrek (liggend met de benen omhoog)
A
......................................
cm
......................................
cm
B
......................................
cm
......................................
cm
C
......................................
cm
......................................
cm
1.3 Leerkrachtenfiche 1.3.1 Didactische tips A Moedig de leerlingen aan om na te denken over de kwestie “Ondergaat je lichaam veranderingen wanneer je naar de ruimte reist?”. Waarom zou dat kunnen zijn? Of waarom zou er niets veranderen? Laat de leerlingen discussiëren maar moedig ze aan om elk voor zich een antwoord te formuleren. Vertel de leerlingen dat ze nu gaan onderzoeken wat de juiste antwoorden zijn. B Laat de leerlingen het experiment ‘Steek je hand in de lucht’ uitvoeren: De leerlingen staan recht naast hun schoolbank. Alle leerlingen steken hun rechterhand in de lucht, zonder ze te ondersteunen. Hun linkerhand laten ze losjes langs het lichaam hangen. Gedurende twee minuten blijven ze zo staan. Wanneer de leerkracht het stopsein geeft, bestuderen de leerlingen onmiddellijk beide handen. Wat zien ze? Vooral het verschil in kleur valt op: de linkerhand is roder van kleur, de rechterhand is witter. Na twee minuten is het verschil in dikte nauwelijks merkbaar. De leerlingen besluiten dat bloed makkelijker naar beneden stroomt dan naar boven. C Verdeel de leerlingen in groepjes van twee en laat hen zelfstandig (aan de hand van de Doekaart) het experiment ‘Steek je benen in de lucht’ uitvoeren. Vooral het verschil in dikte valt op: wanneer de benen in de lucht gestoken worden, daalt hun omtrek (vooral op positie B) tot twee centimeter. Ook worden de benen duidelijk witter, maar dat is moeilijker waar te nemen omdat de leerlingen niet meer kunnen vergelijken met de beginpositie. De leerlingen besluiten dat bloed moeilijker naar boven stroomt dan naar beneden. D In het filmpje zien de leerlingen dat niet alleen astronauten zweven, maar ook alles om hen heen. Dat staat in schril contrast met wat ze op aarde zien: voorwerpen vallen naar beneden. E In het filmpje zien de leerlingen dat het hoofd van Frank De Winne tijdens zijn verblijf in het ISS er dikker uit ziet dan tijdens zijn training. Nu worden de leerlingen aan de hand van een invuloefening aangemoedigd om het verband te zien met de waarnemingen die ze eerder gedaan hadden: - Bloed stroomt makkelijker naar beneden dan naar boven. - In de ruimte vallen voorwerpen niet, maar ze zweven. Het bloed van een astronaut kan je vergelijken met een zwevend voorwerp: het stroomt even makkelijk naar boven als naar beneden. Terwijl op aarde het merendeel van het bloed (en de andere lichaamsvloeistoffen) zich beneden ons hart bevindt, verdelen onze lichaamsvloeistoffen zich in de ruimte gelijkmatig over het hele lichaam. Extra info: Dat heeft enkele merkbare gevolgen: - Astronauten hebben vaak het gevoel verkouden te zijn, omdat snot minder makkelijk wordt afgevoerd door het gebrek aan zwaartekracht. - Astronauten hebben minder dorst in de ruimte.
11
F Tenslotte worden de leerlingen uitgedaagd om wat ze geleerd te toetsen aan een voorbeeld uit de realiteit. Zet ze aan het nadenken en stuur hun antwoord in de juiste richting. Om de discussie op gang te brengen, stel je vragen als: - Wanneer val je flauw? - Hebben je hersenen veel bloed nodig? - Wat gebeurt er met het bloed van een astronaut als hij terugkeert naar de aarde? Extra info: Wanneer de astronaut terugkeert naar de aarde, zijn de lichaamsvloeistoffen in zijn lichaam opnieuw onderhevig aan de zwaartekracht. Daardoor stroomt er nu minder zuurstofrijk bloed naar zijn hersenen. Astronauten zijn bij hun terugkeer naar de zwaartekracht dan ook Extra vatbaar voor flauwvallen. Door flauw te vallen, zorgt je lichaam ervoor dat je in een horizontale positie terecht komt, zodat bloed gemakkelijker naar je hoofd kan vloeien. Het vloeistofniveau van een astronaut herstelt zich in minder dan drie dagen tot het normale, aardse niveau.
1.3.2 Achtergrondinfo Hoe zijn bloed en lymfe verdeeld in je lichaam? Twee belangrijke vloeistoffen stromen voortdurend doorheen je lichaam. Bloed vervoert voedingsstoffen en afvalstoffen naar hun bestemming. Bovendien zorgt het voor zuurstoftransport vanuit de longen naar de rest van het lichaam. Lymfe of weefselvocht is kleurloos en speelt een belangrijke rol in onze afweer tegen ziektes. Op aarde zorgt de zwaartekracht ervoor dat de vloeistoffen in ons lichaam naar beneden getrokken worden. Het merendeel van de vloeistoffen bevindt zich dan ook beneden ons hart. In de ruimte, waar geen zwaartekracht heerst, verdelen vloeistoffen zich gelijkmatig over het hele menselijke lichaam. Het mensenlichaam reageert op die herverdeling van vloeistoffen, door het signaal door te geven dat er te veel bloed aanwezig is in het lichaam. De nieren filteren het teveel aan vloeistof uit het lichaam van de astronaut en die elimineert ze in het toilet. Na een tijdje in de ruimte, heeft het astronautenlichaam zich neergelegd bij de situatie en voelt de ruimtereiziger zich weer normaal. Weetje: Doordat een astronautenlichaam minder bloed bevat en doordat bloedcirculatie in de ruimte veel makkelijker gaat, hebben ruimtereizigers minder ijzer nodig. Ze krijgen dus een aangepast, ijzerarm dieet, opdat het overtollige ijzer geen weefselschade zou veroorzaken. Extra: Wat gebeurt er als je je helm afzet tijdens een ruimtewandeling? Iedereen weet dat je best een ruimtepak en bijpassende helm aantrekt wanneer je een ruimtewandeling gaat maken. Die beschermen je lichaam tegen de lage druk, voorzien je longen van voldoende zuurstof en schermen je huid af van de gevaarlijke straling van de zon.
12
Als je je helm afzet in de ruimte, en daarmee bedoelen we niet in het ISS maar in de luchtledige ruimte, kan je maar best meteen uitademen. Dan zijn je kansen op overleven het grootst. Als je je adem wel inhoudt, raken je longen ernstig beschadigd (door het grote verschil in luchtdruk), waardoor je er al gauw het loodje bij legt. De extreem lage luchtdruk om je heen zorgt er ook voor dat je langzaam begint op te zwellen. Het water in je huid en de omliggende weefsels verdampt, waardoor het meer plaats inneemt. Sommige lichaamsdelen worden tot twee keer groter! Gelukkig is je huid sterk genoeg om ontploffing tegen te gaan. Je bloed zal niet gaan koken, bloedvaten zijn immers sterk genoeg om je bloeddruk voldoende hoog te houden. Wat wel begint te koken, is het speeksel op je tong. Door het gebrek aan lucht in de ruimte, zal je er niet snel doodvriezen. Vacuüm is immers een goede isolator, denk maar aan een thermosfles. Tegen de tijd dat je het koud begint te krijgen, ben je al lang doodgegaan aan andere kwaaltjes. Een astronaut die tijdens een ruimtewandeling de bescherming van zijn helm kwijtraakt, heeft nog ongeveer anderhalve minuut om gered te worden. Daarna komt alle hulp te laat.
13
1.4 Antwoordkaart A Wat is volgens jou het effect dat een verblijf in het ISS heeft op je hoofd? Alle antwoorden zijn goed. En op je benen? Alle antwoorden zijn goed. Waarom denk je dat dat gebeurt? Overleg met je klasgenoten. Alle antwoorden zijn goed. B Luister naar de instructies van je leraar en voer het experiment ‘Steek je hand in de lucht!’ uit. Kijk na het experiment naar je handen en vul volgende tabel in: Linkerhand (langs je lichaam)
Rechterhand (in de lucht)
Kleur Rood/roze
Bleek/wit
Dikte Alle antwoorden zijn goed
Alle antwoorden zijn goed
Wat is je besluit? (Schrap wat niet past) Het bloed in ons lichaam stroomt gemakkelijker/moeilijker naar beneden dan naar boven. C Voer samen met een klasgenoot het experiment ‘Steek je benen in de lucht’ uit en vul de Doe-kaart in. Vul volgende tabel in: Benen omhoog (liggend)
Benen omlaag (rechtopstaand)
Kleur Alle antwoorden zijn goed
Alle antwoorden zijn goed
Dikte Dunner
Dikker
Wat is je besluit? (Schrap wat niet past) Het bloed en de andere vloeistoffen in ons lichaam stromen gemakkelijker/moeilijker naar boven dan naar beneden.
14
D Bekijk het filmpje: Zweven of vallen? Wat gebeurt er met de voorwerpen die Frank loslaat in het internationaal ruimtestation? Zet voor elk voorwerp een kruisje in de juiste rij. Tang
Klasfoto
Geluksbrenger
X
X
X
Valt naar beneden Blijft zweven Stijgt naar het plafond Wat is je besluit? (Vul in) Voorwerpen in de ruimte blijven zweven. E Bekijk nu twee filmpjes van Frank De Winne (‘Zweven in de ruimte’ en ‘Tijdens de training’): één filmpje is gemaakt tijdens zijn trainingen op aarde, in het andere filmpje verblijft hij in het ISS. Vul als conclusie volgende tekst aan met woorden uit volgend lijstje: stijgen, gemakkelijker, dikker, hetzelfde, vallen, zweven, dunner, moeilijker. Opgelet: je moet niet elk woord gebruiken. Op aarde vallen voorwerpen wanneer je ze loslaat. Daarom stroomt bloed op aarde makkelijker naar beneden dan naar boven. In de ruimte zullen voorwerpen zweven. Dat effect merk je ook aan het bloed en de andere vloeistoffen in het lichaam van een astronaut. Het hoofd van Frank De Winne is in de ruimte dikker dan op aarde. Wat je niet zag in het filmpje, is dat zijn benen in het ISS dunner zijn. F Nadenkertje: Wanneer astronauten terugkeren naar de aarde, vallen ze makkelijk flauw. Waarom vallen astronauten makkelijk flauw bij hun terugkeer? Overleg met je klas en denk aan wat je tijdens deze les geleerd hebt. Formuleer samen een antwoord. Bij hun terugkeer naar de aarde, stroomt het bloed van astronauten ineens weer makkelijker naar beneden. Daardoor komt er meer bloed in hun benen terecht en minder in hun hoofd. De toevoer van zuurstofrijk bloed naar hun hersenen daalt. En dat is een goede reden voor je lichaam om flauw te vallen.
15
2.1 Invulkaart A Welk schrijfmiddel is volgens jou geschikt om te gebruiken in het ISS? Kleur het bolletje bij het antwoord van jouw keuze. potlood balpen vulpen Waarom denk je dat jouw antwoord juist is? Overleg met je klasgenoten. .................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
B Bekijk het filmpje: ‘Bolvormig water’. Wat gebeurt er met druppels water in het internationaal ruimtestation? Kleur het bolletje bij het antwoord van jouw keuze. Ze vallen op de grond Ze blijven zweven Ze stijgen naar het plafond C Op aarde vallen druppels water gewoon op de grond. Ook de inkt in onze pennen, ‘valt’ in de richting van de grond, de tafel of het blad papier waarop je wil schrijven. Geloof je het niet? Plak eens een blad papier onder je tafel, ga op de grond zitten en probeer op het blad te schrijven. Eerst met een balpen, dan met een vulpen en tenslotte met een potlood. Wat gebeurt er? Zet een X in de juiste kolom. Kan ondersteboven schrijven
Kan niet ondersteboven schrijven
Balpen Vulpen Potlood Wat is je besluit? Schrap wat niet past. Schrijfmiddelen die gevuld zijn met inkt, kan je gebruiken met de punt naar beneden/naar boven/in alle richtingen. Dat komt omdat de vloeistof in de pennen naar beneden moet vallen/ naar boven moet stijgen/ter plaatse moet blijven. Schrijfmiddelen zonder inkt, zoals een potlood, kan je gebruiken met de punt naar beneden/naar boven/in alle richtingen. In een potlood zit geen vloeistof, maar een vaste stof/gas. Daarvan blijven telkens kleine stukjes achter op je blad, wanneer je met de punt van je potlood op een blad papier drukt. In de ruimte vallen/zweven/stijgen alle voorwerpen, zelfs druppels water. Daarom kan je er niet schrijven met een balpen/potlood. Wel kan je er een balpen/potlood gebruiken.
16
D Voer samen met drie klasgenoten het experiment ‘Vloeistofdruk’ uit. Wat is je besluit? Vul aan. Het water spuit het verst uit het ...................................................................................... gaatje. Dat komt omdat de vloeistofdruk ...................................................................................... de fles het grootst is. E Denk nu aan de situatie in de ruimte, waar voorwerpen zweven. Omcirkel het juiste antwoord. Bestaat er in de ruimte ook zoiets als vloeistofdruk? JA NEE Waarom wel/niet? .................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
F Extra: de Fisher Space Pen Ook de inkt in pennen is onderhevig aan vloeistofdruk op aarde, waardoor de inkt bij het schrijven naar beneden drukt. Zo kan de inkt van een vulpen uit de pen vloeien en die van een balpen naar de kogel vloeien. In de ruimte kunnen pennen niet op die manier werken. Ruimtevaarders gebruiken een speciale pen: de Fisher Space Pen. Het inktpatroon van zulke pennen staat onder druk, zodat de vloeistofdruk op aarde wordt nagebootst. Je kan de pennen ondersteboven gebruiken en dus ook in de ruimte. De pennen schrijven zelfs bij vrieskou en onder water.
17
2.2 Doe-kaart: Vloeistofdruk
Wat heb je nodig? - Plastic fles van 1,5 of 2 liter - Dikke, scherpe naald - Plakband - Water - Meetlat - Opvangbak voor water - Jezelf en twee klasgenoten
Voorbereiding Prik voorzichtig drie gaatjes in de fles op verschillende hoogte. Eén gaatje op een hoogte van 3 cm; één gaatje in het midden van de fles en één gaatje op 5 cm onder de top van de fles. Plak een stukje plakband over de gaatjes. Vul de fles met water tot aan de top. Zet de fles op een verhoogje in een opvangbak voor water, maar zorg ervoor dat er genoeg plaats is voor het water om zonder obstakels uit de fles te spuiten.
Wat is jouw hypothese? Een hypothese is een antwoord op de vraag die een experiment behandelt, zonder dat je de proef reeds uitgevoerd hebt. Het geeft aan wat volgens jou de uitkomst van het experiment zal zijn. Welk gaatje zal volgens jou de sterkste waterstraal produceren? het bovenste het middelste het onderste er is geen verschil
Aan de slag! Eén teamlid maakt met een snelle beweging het bovenste stukje plakband los. Een ander teamlid meet hoever de straal uit de fles spuit. Opgelet: meet op de bodem van de opvangbak. De maximumlengte is van belang. Het derde teamlid noteert de gegevens in onderstaande tabel. Herhaal de proef driemaal voor het bovenste gaatje. Geef ieder teamlid een andere taak en doe hetzelfde voor het middelste gaatje. Schuif een laatste keer door en herhaal het experiment voor het onderste gaatje.
18
Lengte waterstraal (eerste keer)
Lengte waterstraal (tweede keer)
Lengte waterstraal (derde keer)
Bovenste gaatje
......................................
cm
......................................
cm
......................................
cm
Middelste gaatje
......................................
cm
......................................
cm
......................................
cm
Onderste gaatje
......................................
cm
......................................
cm
......................................
cm
Bekijk de tabel en teken de lengte van de drie waterstralen op de tekening hieronder. Zorg ervoor dat duidelijk is welke straal het verst en welke straal het minst ver spuit.
Wat gebeurt er? Water in een waterkolom oefent een druk uit op de ondergrond. Dat komt door het gewicht van het water. Net zoals ons eigen gewicht druk uitoefent op de aarde (kijk maar eens naar je voetafdrukken in een zanderige ondergrond), oefent het gewicht van water druk uit op de ondergrond. Die druk stijgt met de diepte. Hij hangt enkel af van de hoogte van de waterzuil erboven. Hoe hoger de waterkolom, hoe groter de druk. Dat voel je in het zwembad: hoe dieper je duikt, hoe groter de druk van het water boven je.
19
2.3 Leerkrachtenfiche 2.3.1 Didactische tips A Laat de leerlingen nadenken over de werking van schrijfmiddelen. Hoe geraakt inkt tot aan de punt van een vulpen of balpen? Hoe werkt een potlood? Wat is het grootste verschil tussen de omstandigheden in de ruimte en hier op aarde? Kan dat invloed hebben op de werking van een vulpen, balpen of potlood? Breng een klassikale discussie op gang maar moedig de leerlingen aan om elk voor zich een antwoord te formuleren. B In het filmpjes zien de leerlingen druppels (en grotere volumes) water rondzweven in het ISS. Laat hen nadenken over het verschil met druppels water hier op aarde. C De leerlingen onderzoeken hier iets dat ze waarschijnlijk al in het dagelijks leven hebben opgemerkt. Iedereen heeft al wel eens geprobeerd iets te noteren tegen een verticaal oppervlak. Na het proefondervindelijk vaststellen dat inkt naar beneden moet kunnen vloeien, kunnen ze zelf de besluittekst aanvullen. Bovendien leren ze de manier waarop een potlood werkt en waarom je er wel ondersteboven mee kan schrijven. D Verdeel de leerlingen in groepjes van drie en laat hen zelfstandig (aan de hand van de Doe-kaart) de proef ‘Vloeistofdruk’ uitvoeren. De leerlingen leren het woord ‘hypothese’. Leg uit dat wetenschappers bij het uitvoeren van een experiment, vaak uitgaan van een hypothese. Ze hebben een bepaalde vooronderstelling bij een fenomeen, en willen die vooronderstelling met een experiment bewijzen. Soms kunnen wetenschappers hun hypothese bewijzen, soms bewijzen ze dat net het omgekeerde waar is. In dit experiment maken de leerlingen kennis met het begrip ‘vloeistofdruk’. Zal elke waterstraal even ver spuiten of is er een reden om aan te nemen dat één straal sterker is dan de andere? Laat hen nadenken over het gevoel wanneer ze diep in het zwembad duiken. Ze voelen de (water) druk toenemen, vooral op hun oren. Zorg ervoor dat de leerlingen begrijpen dat het niet de hoeveelheid water is die de waterdruk doet toenemen, maar de hoogte van de waterkolom. Extra: Leg aan de leerlingen uit dat men handig gebruik maakt van vloeistofdruk in watertorens. Die zijn zo hoog om de waterdruk op het waterleidingnet constant te houden. Zo zorgt men ervoor dat er op elk moment van de dag water uit onze kranen stroomt. E Moedig de leerlingen aan om het verband te zien tussen hun eerdere waarnemingen: - In het ISS zweven waterdruppels - Een pen met inkt schrijft alleen als je ze rechtop houdt - De leerlingen hebben vast al ooit gehoord dat alles in de ruimte ‘gewichtloos’ is Het zweven van waterdruppels in het ISS doet vermoeden dat er in het ISS geen vloeistofdruk is. Vloeistofdruk ontstaat immers door het gewicht van het bovenliggend water. In de ruimte zijn voorwerpen, ook water, gewichtloos. Doordat er geen vloeistofdruk is in het ISS, zal je er niet kunnen schrijven met een balpen of vulpen.
20
F Tenslotte leren de leerlingen welke oplossing voor het probleem gevonden is. Opdat de bewoners van het ISS toch zouden kunnen schrijven met inkt, gebruiken ze de Fisher Space Pen. De inkt in zo’n pen wordt onder druk gehouden door middel van perslucht.
2.3.2 Achtergrondinfo Vloeistofdruk In elke vloeistof ontstaat - behalve in het geval van gewichtloosheid - vanzelf een ‘hydrostatische druk’ . Die druk stijgt met de diepte. De oorzaak is eenvoudig: het gewicht van de waterlaag boven het punt waar je meet. Hydrostatische druk wordt, zoals elke druk, uitgedrukt in pascal (1 Pa = 1 N/m_). De hydrostatische druk is gelijk aan de dichtheid van de vloeistof, maal de zwaartekrachtversnelling, maal de hoogte van de waterkolom. Voor een gegeven vloeistof hangt die dus enkel af van de diepte waarop je meet (de hoogte van de waterkolom boven je meetpunt). Dat je met een vloeistof een kracht kunt uitoefenen die evenredig is met de oppervlakte waartegen die vloeistof duwt, wordt volop uitgebuit in de hydraulica. Verbind twee zuigers, een met een grote diameter en een met een kleine diameter, via een slang vol vloeistof. In die vloeistof heerst overal dezelfde druk. Die druk oefent via de grote zuiger een grote kracht uit (gelijk aan de druk maal de oppervlakte van de zuiger) en via de kleine zuiger een kleine kracht (eveneens gelijk aan de druk maal de oppervlakte van de zuiger). Met andere woorden: je kunt met een kleine kracht de kleine zuiger indrukken, waardoor aan het andere eind de grote zuiger met grote kracht naar buiten beweegt. Hydraulische systemen zijn dus krachtvergroters - en ook krachtverplaatsers: beide zuigers kunnen zich een eind van elkaar bevinden, zolang ze maar via een vloeistof verbonden zijn. En ze kunnen zich in bizarre onderlinge posities bevinden, die via een systeem van stangen lastig met elkaar te verbinden zouden zijn. Omdat niets in het leven gratis is, moet je ook iets inleveren in ruil voor het vergroten van je kracht: afstand. Als je kracht vijfmaal vergroot werd (oppervlakte van de grote zuiger vijf maal zo groot als die van de kleine), dan moet je in ruil de kleine zuiger vijfmaal dieper indrukken dan de grote naar buiten zal bewegen. Dat doet denken aan de klassieke hefbomen, waar je eveneens afstand moet inleveren in ruil voor kracht. Als je met een koevoet een zware kist wilt optillen, zal jouw eind van de koevoet een heel eind moeten bewegen om de kist slechts enkele millimeters op te tillen. Hydraulische systemen zie je vaak in bulldozers, waar een klein pompje genoeg is om de schep van de bulldozer een enorme kracht te laten uitoefenen. Hydraulische systemen zijn met het blote oog te herkennen als lange cilinders waaruit glimmende staven naar buiten komen, en die via slangetjes met elkaar verbonden zijn. In de cilinders en slangetjes zit een ‘hydraulische vloeistof’, meestal olie. De kipbak van vrachtwagens wordt eveneens meestal via een hydraulische cilinder, of een reeks in elkaar passende hydraulische cilinders, omhooggeduwd. In veel machines worden krachten hydraulisch overgebracht. De meeste auto’s remmen hydraulisch: jij oefent met je voet een kleine kracht uit op het rempedaal, terwijl de wielen met een grote kracht afgeremd worden. (In remsystemen worden ook nog eens hefbomen toegepast om de kracht nog verder te vergroten, maar dat doet niets af aan het principe.)
21
2.4 Antwoordkaart A Welk schrijfmiddel is volgens jou geschikt om te gebruiken in het ISS? Kleur het bolletje bij het antwoord van jouw keuze. Alle antwoorden zijn goed. Waarom denk je dat jouw antwoord juist is? Overleg met je klasgenoten. Alle antwoorden zijn goed. B Bekijk het filmpje: ‘Bolvormig water’. Wat gebeurt er met druppels water in het internationaal ruimtestation? Kleur het bolletje bij het antwoord van jouw keuze. Ze blijven zweven C Op aarde vallen druppels water gewoon op de grond. Ook de inkt in onze pennen, ‘valt’ in de richting van de grond, je tafel of het blad papier waarop je wil schrijven. Geloof je het niet? Plak eens een blad papier onder je tafel, ga op de grond zitten en probeer op het blad te schrijven. Eerst met een balpen, dan met een vulpen en tenslotte met een potlood. Wat gebeurt er? Zet een X in de juiste kolom. Kan ondersteboven schrijven
Kan niet ondersteboven schrijven
Balpen
X
Vulpen
X
Potlood
X
Wat is je besluit? Schrap wat niet past. Schrijfmiddelen die gevuld zijn met inkt, kan je gebruiken met de punt naar beneden/naar boven/in alle richtingen. Dat komt omdat de inkt in de pennen naar beneden moet vallen/naar boven moet stijgen/ter plaatse moet blijven. Schrijfmiddelen zonder inkt, zoals een potlood, kan je gebruiken met de punt naar beneden/naar boven/in alle richtingen. In een potlood zit geen vloeistof, maar een vaste stof/gas. Daarvan blijven telkens kleine stukjes achter op je blad, wanneer je met de punt van je potlood op een blad papier drukt. In de ruimte vallen/zweven/stijgen alle voorwerpen, zelfs druppels water. Daarom kan je er niet schrijven met een balpen/potlood. Wel kan je er een balpen/potlood gebruiken.
22
D Voer samen met drie klasgenoten het experiment ‘Vloeistofdruk’ uit. Wat is je besluit? Vul aan. Het water spuit het verst uit het onderste gaatje. Dat komt omdat de vloeistofdruk onderaan de fles het grootst is. E Denk nu aan de situatie in de ruimte, waar voorwerpen zweven. Omcirkel het juiste antwoord. Bestaat er in de ruimte ook zoiets als vloeistofdruk? JA NEE Waarom wel/niet? In de ruimte zweven voorwerpen, ze zijn er gewichtloos. Vloeistofdruk ontstaat door het gewicht van hoger gelegen water. In de ruimte heeft water geen gewicht, dus kan het ook geen vloeistofdruk veroorzaken. F Extra: de Fisher Space Pen Ook de inkt in pennen is onderhevig aan vloeistofdruk op aarde, waardoor de inkt bij het schrijven naar beneden drukt. Zo kan de inkt van een vulpen uit de pen vloeien en die van een balpen naar de kogel vloeien. In de ruimte kunnen pennen niet op die manier werken. Ruimtevaarders gebruiken een speciale pen: de Fisher Space Pen. Het inktpatroon van zulke pennen staat onder druk, zodat de vloeistofdruk op aarde wordt nagebootst. Je kan de pennen ondersteboven gebruiken en dus ook in de ruimte. De pennen schrijven zelfs bij vrieskou en onder water.
23
3.1 Invulkaart A Hoe groot is een astronaut volgens jou tijdens zijn verblijf in de ruimte? Kleur het bolletje bij het antwoord van jouw keuze. Kleiner dan op aarde Even groot als op aarde Groter dan op aarde
Waarom denk je dat jouw antwoord juist is? Overleg met je klasgenoten. .................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
B Bekijk het filmpje: ‘Zweven in de ruimte’. Schrap wat niet past. Opgelet: begrijp je een woord niet? Zoek het dan op in een woordenboek of op internet. Frank De Winne toont hier een belangrijke eigenschap van het reizen in de ruimte: in plaats van te vallen/zweven zoals op aarde, blijft het mensenlichaam in het ISS vallen/zweven. Dat komt door het gebrek aan zwaartekracht/luchtledigheid in de ruimte. Op de aarde is er wel zwaartekracht/luchtledigheid. Dat wil zeggen dat de aarde aan/tegen alle voorwerpen in haar buurt trekt/ duwt, waardoor voorwerpen vallen/zweven. Een ander woord voor zwaartekracht/luchtledigheid is aantrekkingskracht.
24
C Neem je resultaten van het experiment ‘Groeien en krimpen’ erbij. Je hebt op vijf verschillende dagen je lengte gemeten, ‘s morgens bij het opstaan en ‘s avonds voor het slapengaan. Bekijk je resultaten en beantwoord volgende vraag. Wanneer ben je het grootst? Kleur het bolletje bij het antwoord van jouw keuze. ‘s morgens ‘s avonds ik ben altijd even groot D Kijk nu naar het model van de wervelkolom en schrap wat niet past. De menselijke wervelkolom bestaat uit 33 ruggenwervels (de conservenblikken), die van elkaar gescheiden worden door tussenwervelschijven (de sponzen). Wanneer we rechtop staan, worden de ruggenwervels naar de aarde toegetrokken, waardoor de tussenwervelschijven samengedrukt/ uitgerekt worden. Daardoor wordt de lengte van de wervelkolom langer/korter. Wanneer we liggen, trekt de aarde de ruggenwervels nog steeds naar zich toe (de aarde trekt immers altijd, daarom vallen voorwerpen), maar nu in een richting loodrecht op de wervelkolom. De tussenwervelschijven worden nu niet meer samengedrukt/uitgerekt maar worden terug dunner/dikker. Dat komt doordat de tussenwervelschijven elastisch/beenhard zijn. De totale lengte van de wervelkolom is nu langer/korter. E Denk nu opnieuw na over de openingsvraag. Kleur het bolletje bij het antwoord van jouw keuze. Met welke situatie op aarde kan je een astronaut in de ruimte het best vergelijken? Iemand die voetbalt op het speelplein Iemand die midden in de nacht aan het slapen is
Waarom? .....................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
.....................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
.....................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
Wat is je besluit? Vul aan. Tijdens een ruimtereis z......................................................................... astronauten in hun ruimtetuig of in het ruimtestation. De aarde t......................................................................... het lichaam en de wervelkolom van de astronauten wel/niet naar beneden. Hun t......................................................................... worden gedurende lange tijd niet meer samengedrukt. Ruimtereizigers zijn in het ISS dan ook enkele centimeters g........................................................................... dan op aarde. Wanneer ze terugkeren naar de aarde, worden ze terug k........................................................................... .
25
F Extra: Het fenomeen dat je in deze les geleerd hebt, zorgt voor heel wat ongemak bij astronauten. Vaak klagen ze over rugpijn. Bekijk de filmpjes ‘Sporten in de ruimte’ en ‘Terug op aarde’ om te leren over de andere lichamelijke veranderingen waarmee astronauten te maken krijgen. Duid aan met een X met welke problemen astronauten wel of niet te maken krijgen. Probleem Desoriëntatie Evenwichtsproblemen Afname van het spierweefsel Toename van de hoeveelheid puistjes Problemen bij het plassen Afname van het botweefsel Duizeligheid Bij terugkeer naar aarde: moeilijkheden met rechtop staan Bij terugkeer naar aarde: moeilijkheden met het herkennen van alledaagse voorwerpen Bij terugkeer naar aarde: moeilijkheden met het verschil tussen boven en onder
26
Astronautenkwaal Geen astronautenkwaal
3.2 Doe-kaart: Groeien en krimpen Wanneer ben je het grootst; ‘s morgens of ‘s avonds? Ontdek het zelf met dit experiment.
Wat heb je nodig? - Een lintmeter - Een boek met harde kaft (of een ander plat en stevig voorwerp) - Een ouder, broer of zus die bereid is te assisteren
Aan de slag! Meet op vier verschillende dagen, je lengte vlak na het opstaan en vlak voor het slapengaan. Doe dat heel nauwkeurig: - Ga met je rug tegen de muur staan. Zet je voeten plat op de grond (draag geen schoenen of pantoffels!) en zorg ervoor dat ook de achterkant van je voeten de muur raakt. Hou je hoofd rechtop. - Vraag aan je vader of moeder, broer of zus om het boek op je hoofd te leggen en laat hem/haar aanduiden waar de onderkant van het boek tegen de muur aan komt. - Meet nu met een lintmeter de afstand van het streepje naar de grond. Vul je resultaten in in volgende kolom. Dag 1, dag 2, dag 3, dag 4 en dag 5 hoeven niet noodzakelijk vlak achter elkaar te liggen. Lengte ‘s morgens
Lengte ‘s avonds
Dag 1 Dag 2 Dag 4 Dag 4 Dag 5 Zie je een verschil tussen je lengte ‘s morgens en je lengte ‘s avonds? Omcirkel het antwoord van jouw keuze. JA NEE Wat is je besluit? (Schrap wat niet past) ‘s Morgens ben ik groter/kleiner/hetzelfde dan ‘s avonds. Dat komt doordat mijn wervelkolom overdag, wanneer ik veel rechtop zit en loop, wordt samengedrukt/uitgerekt.
27
3.3 Leerkrachtenfiche 3.3.1 Didactische tips Vooraf (1): Geef de leerlingen een week voor u de les ‘Hoe groot is een astronaut’ de Doe-kaart uit dit pakket mee naar huis. Toon ze die dag ook hoe ze te werk moeten gaan om nauwkeurig hun lengte te bepalen volgens de instructies. Benadruk de noodzaak om de hulp van een assistent (vader, moeder, zus of broer) in te roepen. Benadruk ook dat ze zichzelf ‘s morgens moeten meten vlak na het opstaan. Vooraf (2): Maak voor u aan de les begint een model voor de menselijke wervelkolom. Knip daarvoor een spons in stukjes (platte schijven van ongeveer 2cm dikte). Maak dan een toren van afwisselend een schijfje spons en een plat conservenblik (bvb met 4 schijfjes ananas). Om het principe uit te leggen volstaat het dat u 4 wervels (blikken) en 3 tussenwervelschijven (sponzen) uitbeeldt. A Laat de leerlingen nadenken over de vraag ‘Hoe groot is een astronaut’. De meeste leerlingen denken waarschijnlijk dat ruimtereizigers tijdens hun verblijf in het ISS even groot zijn dan op aarde. Moedig hen aan om te overleggen maar laat ieder zijn eigen antwoord formuleren. B In het filmpje leren de leerlingen dat mensen in de ruimte zweven. Zo ontdekken ze het concept ‘zwaartekracht’. Bovendien leren ze het woordenboek of het internet te gebruiken om moeilijke woorden op te zoeken. In het ‘Van Dale Grote Woordenboek’ staan volgende omschrijvingen: Zwaartekracht: aantrekkingskracht die lichamen doet vallen Luchtledigheid: zonder lucht, vacuüm Door logisch na te denken, concluderen de leerlingen dat het hier om ‘zwaartekracht’ gaat. C Laat de leerlingen de resultaten van hun lengtemetingen erbij nemen. Bespreek klassikaal ieders resultaat. Wie was groter ‘s morgens? Wie was kleiner? Wie had altijd dezelfde lengte? Hoe groot was het verschil tussen ‘s morgens en ‘s avonds gemiddeld? Afhankelijk van persoon tot persoon (er is ook een verschil tussen kinderen en volwassenen), zijn mensen ‘s morgens 0,5 tot 3 centimeter groter dan ‘s avonds. D Toon de leerlingen het wervelkolommodel in rechtopstaande positie. Vertel hen wat de verschillende onderdelen voorstellen. De blikken zijn de ruggenwervels: ze zijn gemaakt van been en dus erg hard. Je drukt ze niet zomaar samen. De schijfjes spons zijn de tussenwervelschijven. Ze zijn gemaakt van kraakbeen dat elastisch is. Ze zijn onze natuurlijke schokdempers. Wanneer we rechtop staan, zorgt de zwaartekracht (de aarde die aan alle voorwerpen trekt, die ervoor zorgt dat voorwerpen vallen) ervoor dat de tussenwervelschijven lichtjes samengedrukt worden. Wanneer we gaan liggen, trekt de zwaartekracht in een andere richting aan de wervelkolom. De tussenwervelschijven worden nu niet meer samengedrukt. Hun elasticiteit maakt dat de tussenwervelschijven in liggende positie terug dikker worden. Dit toont u aan door het model op tafel te leggen. De sponsschijfjes duwen de conservenblikken uit elkaar.
28
E Stel de leerlingen de vraag om hun positie (rechtop of liggend) te vergelijken met de situatie van een astronaut. Trekt de aarde ook aan een astronaut? Is er zwaartekracht in de ruimte? Hoe reageren de tussenwervelschijven van een ruimtereiziger op die speciale situatie? Astronauten groeien in de ruimte met 4 tot wel 8 centimeter. Daarmee moet rekening gehouden worden bij het ontwerp van hun ruimtepak. Een ruimtepak dat op aarde op maat gemaakt wordt, kan bij de terugkeer te klein zijn als er geen rekening gehouden wordt met de toegenomen lengte van een astronaut. Bovendien legt de Russische ruimtevaartorganisatie een lengtebeperking op aan zijn ruimtevaarders, omdat de capsule van de Sojoez erg klein is. Een astronaut die bij vertrek net in de capsule past, zou bij zijn terugkeer naar de aarde wel eens in de problemen kunnen komen! F Het leven in een gewichtloze omgeving brengt heel wat ongemakken met zich mee. Doe de leerlingen nadenken over hoe goed de mens is aangepast aan het leven in een aardse omgeving. Doe hen inzien dat de minste aanpassing (het wegvallen van de zwaartekracht) enorm veel veranderingen aan ons lichaam kan teweeg brengen.
3.3.2 Achtergrondinfo Zwaartekracht Alle lichamen trekken elkaar aan. Dat doen ze met een kracht die groter is naarmate de massa van de twee lichamen groter is en neemt af naarmate de afstand tussen twee lichamen groter wordt. De kracht waarmee het ene lichaam het andere aantrekt, is gelijk aan het gewicht van het laatste. Isaac Newton goot alle gegevens over gewicht in een handige formule: F = G x (M x m) / a2 Daarbij is
F de aantrekkingskracht G de gravitatieconstante M de massa van het grootste voorwerp m de massa van het kleinste voorwerp a de afstand tussen de voorwerpen
In het geval van de aantrekkingskracht van de aarde (ofwel de zwaartekracht), heeft het grootste lichaam (de aarde) een vaste massa. Bovendien is de afstand tussen een voorwerp op het aardoppervlak en het middelpunt van de aarde constant (die afstand is gelijk aan de straal van de aarde). Het gewicht van een voorwerp op aarde is dus constant, en enkel afhankelijk van de massa van het voorwerp. In formulevorm: F = g.m (waarbij g = (G x M) / a2 ) g is de valversnelling en die bedraagt op aarde 9,81 m/s2. Dat wil zeggen dat de snelheid van een voorwerp in vrije val elke seconde toeneemt met 9,81 m/s2.
29
Waarom is er geen zwaartekracht in de ruimte? Op deze vraag bestaan twee antwoorden, voor twee situaties: 1 In de verre ruimte, waar geen hemellichamen in de buurt zijn, worden voorwerpen door geen enkel ander voorwerp aangetrokken. Ze zijn er gewichtloos. Voorwerpen blijven wel altijd en overal hun massa behouden. Massa is per definitie de hoeveelheid materie van een voorwerp, en die verandert niet. 2 Het ISS bevindt zich op zo’n 350 à 400 kilometer boven het aardoppervlak. Dat is niet zo heel ver van de aarde, geen wonder dus dat je op die hoogte nog altijd aan ongeveer 90% van de zwaartekracht van de aarde onderworpen wordt. Maar het ISS heeft ook een horizontale beweging: het vliegt in een baan omheen de aarde. Dat doet het met een snelheid waarbij de middelpuntsvliedende kracht net gelijk is aan de aantrekkingskracht van de aarde op die hoogte. Eigenlijk is het ISS dus continu in vrije val. Door zijn grote snelheid, valt het ISS om de aarde heen. Voorwerpen in vrije val, zijn gewichtloos. De wervelkolom De menselijke wervelkolom bestaat uit 33 wervels, van boven naar beneden: 7 halswervels, 12 borstwervels, 5 lendewervels, 5 aan elkaar gegroeide wervels die het heiligbeen vormen en 3 tot 5 wervels die samen het staartbeen vormen. Tussen de wervels zitten de tussenwervelschijven. Die zijn gemaakt van een kraakbeenring met in het midden een geleiachtige structuur. Ze doen dienst als schokdemper voor het lichaam bij het springen, lopen, ... Leven in de ruimte Om zich te oriënteren combineert de mens drie verschillende waarnemingen: - De ogen geven informatie over waar het mensenlichaam zich situeert ten opzichte van zijn omgeving. - De spanning in de spieren geeft info over hoe het lichaam zich beweegt en over welke houding het lichaam heeft. - De evenwichtsorganen in het oor registreren welke bewegingen het hoofd maakt, aan de hand van de zwaartekracht. De gegevens die deze drie informatiebronnen inwinnen, worden in de hersenen verwerkt zodat de mens zich een beeld kan vormen over waar hij zich bevindt en hoe hij zich ergens naartoe kan bewegen, op een stabiele manier. In de ruimte vallen twee van de drie informatiebronnen weg. Aangezien ruimtereizigers geen zwaartekracht ondervinden, kunnen ze niet meer bepalen waar de grond is en dus ook niet welke bewegingen het hoofd maakt. Bovendien valt de spierspanning, nodig om recht te staan, te zitten of te liggen, volledig weg. Ruimtereizigers kunnen dus enkel op hun ogen vertrouwen om te weten waar ze zich bevinden. Het lichaam heeft vaak tot twee dagen tijd nodig om zich aan die nieuwe situatie aan te passen.
30
Beenderen en spieren Op aarde hebben de beenderen in ons lichaam een belangrijke functie: ze zorgen ervoor dat we niet in elkaar zakken en dat we ons kunnen voortbewegen. Ook onze spieren hebben we broodnodig op aarde. In de ruimte, waar de zwaartekracht ontbreekt, moet het mensenlichaam veel minder moeite doen om van de ene plaats naar de andere te geraken. Botten blijven sterk door hen te gebruiken. De beenderen in ons lichaam ondergaan continu vernieuwing. Maar wanneer ze niet of nauwelijks belast worden, stopt die vernieuwing. De botten worden dan lichter én poreuzer. Daarom moeten astronauten elke dag twee uur sporten, met allerlei hulpmiddelen zoals elastieken en gewichten. Op die manier worden hun beenderen toch nog in redelijke mate belast, en treedt botontkalking zo weinig mogelijk op. Ook hun spiermassa heeft baat bij die twee uur training. Ze moeten immers paraat zijn om zware taken uit te voeren, bijvoorbeeld bij een ruimtewandeling. Het onderhouden van hun spiermassa, is ook een voordeel bij hun terugkeer naar de aarde. Getrainde astronauten kunnen sneller weer zelfstandig lopen.
31
3.4 Antwoordkaart A Hoe groot is een astronaut volgens jou tijdens zijn verblijf in de ruimte? Kleur het bolletje bij het antwoord van jouw keuze. Alle antwoorden zijn goed Waarom denk je dat jouw antwoord juist is? Overleg met je klasgenoten. Alle antwoorden zijn goed B Bekijk het filmpje: ‘Zweven in de ruimte’. Schrap wat niet past. Opgelet: begrijp je een woord niet? Zoek het dan op in een woordenboek of op internet. Frank De Winne toont hier een belangrijke eigenschap van het reizen in de ruimte: in plaats van te vallen/zweven zoals op aarde, blijft het mensenlichaam in het ISS vallen/zweven. Dat komt door het gebrek aan zwaartekracht/luchtledigheid in de ruimte. Op de aarde is er wel zwaartekracht/luchtledigheid. Dat wil zeggen dat de aarde aan/tegen alle voorwerpen in haar buurt trekt/ duwt, waardoor voorwerpen vallen/zweven. Een ander woord voor zwaartekracht/luchtledigheid is aantrekkingskracht. C Neem je resultaten van het experiment ‘Groeien en krimpen’ erbij. Je hebt op vijf verschillende dagen je lengte gemeten, ‘s morgens bij het opstaan en ‘s avonds voor het slapengaan. Bekijk je resultaten en beantwoord volgende vraag. Wanneer ben je het grootst? Kleur het bolletje bij het antwoord van jouw keuze. ‘s morgens D Kijk nu naar het model van de wervelkolom en schrap wat niet past. De menselijke wervelkolom bestaat uit 33 ruggenwervels (de conservenblikken), die van elkaar gescheiden worden door tussenwervelschijven (de sponzen). Wanneer we rechtop staan, worden de ruggenwervels naar de aarde toegetrokken, waardoor de tussenwervelschijven samengedrukt/ uitgerekt worden. Daardoor wordt de lengte van de wervelkolom langer/korter. Wanneer we liggen, trekt de aarde de ruggenwervels nog steeds naar zich toe, maar nu in een richting loodrecht op de wervelkolom. De tussenwervelschijven worden nu niet meer samengedrukt/uitgerekt maar worden terug dunner/dikker. Dat komt doordat de tussenwervelschijven elastisch/beenhard zijn. De totale lengte van de wervelkolom is nu langer/korter.
32
E Denk nu opnieuw na over de openingsvraag. Kleur het bolletje bij het antwoord van jouw keuze. Met welke situatie op aarde kan je een astronaut in de ruimte het best vergelijken? Iemand die midden in de nacht aan het slapen is Waarom? Terwijl je aan het slapen bent, wordt je wervelkolom niet samengedrukt. Ook in de ruimte, waar de aarde niet aan je lichaam trekt, wordt je wervelkolom niet samengedrukt. Wat is je besluit? Vul aan. Tijdens een ruimtereis zweven astronauten in hun ruimtetuig of in het ruimtestation. De aarde trekt het lichaam en de wervelkolom van de astronauten wel/niet naar beneden. Hun tussenwervelschijven worden gedurende lange tijd niet meer samengedrukt. Ruimtereizigers zijn in het ISS dan ook enkele centimeters groter dan op aarde. Wanneer ze terugkeren naar de aarde, worden ze terug kleiner. F Extra: Het fenomeen dat je in deze les geleerd hebt, zorgt voor heel wat ongemak bij astronauten. Vaak klagen ze over rugpijn. Bekijk de filmpjes ‘Sporten in de ruimte’ en ‘Terug op aarde’ om te leren over de andere lichamelijke veranderingen waarmee astronauten te maken krijgen. Duid aan met een X met welke problemen astronauten wel of niet te maken krijgen. Probleem Desoriëntatie
X
Evenwichtsproblemen
X
Afname van het spierweefsel
X
Toename van de hoeveelheid puistjes
X
Problemen bij het plassen
X
Afname van het botweefsel
X
Duizeligheid
X
Bij terugkeer naar aarde: moeilijkheden met rechtop staan Bij terugkeer naar aarde: moeilijkheden met het herkennen van alledaagse voorwerpen Bij terugkeer naar aarde: moeilijkheden met het verschil tussen boven en onder
33
Astronautenkwaal Geen astronautenkwaal
X X X
4.1 Invulkaart A Hoe drinken astronauten in de ruimte, volgens jou? Kleur het bolletje bij het antwoord van jouw keuze. Gewoon uit een glas Uit een glas met een rietje Uit een zakje met een rietje Astronauten drinken niet, ze eten limonade in poedervorm Waarom denk je dat jouw antwoord juist is? Overleg met je klasgenoten. .................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
B Bekijk het filmpje: ‘Bolvormig water’ Wat gebeurt er met druppels water in het internationaal ruimtestation? Kleur het bolletje bij het antwoord van jouw keuze. Ze vallen op de grond Ze blijven zweven Ze stijgen naar het plafond C Nadenkertje: Hoe geraakt, volgens jou, het water dat wij drinken van onze mond tot in onze maag? Op een passieve manier: het valt van de mond, doorheen de slokdarm, tot in de maag Op een actieve manier: spieren in de slokdarm duwen het water naar de maag. D Voer samen met een klasgenoot het experiment ‘Kun je ondersteboven drinken?’ uit. E Bekijk het filmpje: ‘Thee zetten in het ISS’ Beantwoord opnieuw de vraag uit A. Hoe drinken astronauten in de ruimte? Kleur het bolletje bij het antwoord van jouw keuze. Gewoon uit een glas Uit een glas met een rietje Uit een zakje met een rietje Astronauten drinken niet, ze eten limonade in poedervorm
34
Waarom drinken astronauten op deze manier? Vul de tekst aan met woorden uit volgend lijstje: borden, zweeft, stijgt, schaar, niet, valt, glazen, rietje, zweven, wel, zakjes, vallen, glas, zakje, stijgen. Opgelet: je moet niet elk woord gebruiken. Op aarde ........................................................................... voorwerpen. Ook wanneer je water in een glas giet, kan je zeggen dat het water in het glas ........................................................................... In de ruimte ........................................................................... voorwerpen. Ook water en andere vloeistoffen. Je kan er vloeistoffen dus ........................................................................... zomaar in een glas gieten. Daarom gebruiken astronauten ........................................................................... om uit te drinken. Zo raken ze ook geen drankjes kwijt. Om zijn thee uit het ........................................................................... in zijn mond te krijgen, gebruikt Frank De Winne een ........................................................................... F Nadenkertje: Geen vieze tubes en poedertjes, maar heerlijke menu’s voor de astronauten van vandaag. Het meeste voedsel dat astronauten mee naar het ISS nemen is gevriesdroogd. Daarbij wordt al het water uit de eetwaren verwijderd, zonder dat de smaak verdwijnt. Waarom wordt deze techniek zoveel toegepast voor ruimtevoedsel, denk je? Overleg met je klasgenoten en formuleer samen een antwoord. .................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
35
4.2 Doe-kaart: Kun je ondersteboven drinken? Vooraleer je aan dit experiment begint, formuleer je een hypothese. Een hypothese is een antwoord op de vraag die een experiment behandelt, zonder dat je de proef reeds uitgevoerd hebt. Het geeft aan wat volgens jou de uitkomst van het experiment zal zijn. Wat is jouw hypothese? Tip: Wat heb je geantwoord op de vraag in C? als je “passief” antwoordde, kunnen mensen volgens jou niet ondersteboven drinken. Water kan immers niet omhoog vallen! als je “actief” antwoordde, kunnen mensen volgens jou wel ondersteboven drinken. Spieren in je slokdarm duwen het water omhoog naar je maag. Kunnen mensen ondersteboven drinken, volgens jou? Ja Nee
Wat heb je nodig? - Een kussen of een valmat - Een glas water met een rietje - Jezelf en een klasgenoot (een proefleider en een proefpersoon)
Aan de slag! Plaats het kussen of de valmat tegen een muur. De proefpersoon gaat tegen de muur op zijn hoofd staan, eventueel met de hulp van de proefleider. De proefleider brengt het rietje aan de mond van de proefpersoon. De proefpersoon probeert nu te drinken door aan het rietje te zuigen. Was je hypothese juist fout Wat is je besluit? (Schrap wat niet past) Mensen kunnen wel/niet ondersteboven drinken. Water en andere vloeistoffen worden actief/passief van onze mond naar onze maag getransporteerd. Dit proces heet peristaltiek. Zoek een definitie voor dit begrip. Gebruik daarvoor een woordenboek, (medische) encyclopedie of het internet. Peristaltiek: ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ ..............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
36
4.3 Leerkrachtenfiche 4.3.1 Didactische tips A Laat de leerlingen nadenken over de vraag ‘Hoe drinkt een astronaut?’. Hebben zij gewoon flessen water in de koelkast staan en gieten ze dat zoals wij in een glas, of doen ze het op een andere manier? Welke problemen kunnen astronauten tegenkomen bij het behandelen van vloeistoffen? Breng een klassikale discussie op gang maar moedig de leerlingen aan om elk voor zich een antwoord te formuleren. Vertel de leerlingen dat ze in deze les zullen onderzoeken hoe astronauten drinken en waarom. B In het filmpje zien de leerlingen druppels (en grotere volumes) water rondzweven in het ISS. Laat hen nadenken over het verschil met druppels water hier op aarde. C Hoe denken de leerlingen dat water van onze mond tot in onze maag geraakt? Zet hen aan tot nadenken. Valt het water, net zoals in de open lucht, door onze slokdarm naar beneden? Of wordt het water doorheen onze slokdarm geduwd? Leg de leerlingen het verschil uit tussen actief en passief: - Actief: ons lichaam moet werken om het water op de juiste plaats te krijgen, door middel van spieren die het water doorheen de slokdarm duwen. - Passief: water geraakt vanzelf op de juiste plaats, het valt doorheen onze slokdarm naar beneden, net zoals alles op aarde naar beneden valt. D Verdeel de leerlingen in groepjes van twee en laat hen zelfstandig (aan de hand van de Doekaart) de proef ‘Kun je ondersteboven drinken?’ uitvoeren. De leerlingen leren het woord ‘hypothese’ en leren een hypothese ‘formuleren’. Leg uit dat wetenschappers bij het uitvoeren van een experiment, vaak uitgaan van een hypothese. Ze hebben een bepaalde vooronderstelling bij een fenomeen, en willen die vooronderstelling via een experiment bewijzen. Soms kunnen wetenschappers hun hypothese bewijzen, soms bewijzen ze net dat het omgekeerde waar is. Doe de leerlingen nadenken over hun hypothese, aan de hand van de antwoorden die ze in C gaven. Geef hen de opdracht om na het experiment te toetsen of hun hypothese juist of fout was. Bij het besluit, leren de leerlingen het woord ‘peristaltiek’. Extra: Visualiseer het woord ‘peristaltiek’ door een tennisbal bovenaan in een lange nylon kous te steken. De tennisbal geraakt niet passief naar beneden (hij valt niet doorheen de kous). Door met je hand de kous boven de tennisbal bijeen te knijpen, en je hand gradueel naar beneden te bewegen, geraakt de tennisbal wel actief naar beneden. In je slokdarm gebeurt hetzelfde: kringspieren snoeren je slokdarm samen en duwen zo voedsel en drank doorheen je slokdarm. Trouwens, ook je darmen gebruiken ‘peristaltiek’ om verteerd voedsel (uitwerpselen) richting toilet te vervoeren.
37
E De leerlingen zien in het filmpje het antwoord op de vraag in (A). Ze kunnen de vraag nu juist beantwoorden. Uit wat ze geleerd hebben, kunnen ze nu ook besluiten waarom astronauten zakjes met een rietje gebruiken. Ze toetsen hun bevindingen aan de realiteit in het ISS. F Laat de leerlingen nadenken over de voedingsgewoonten van astronauten in de ruimte. Staat er een koelkast in het ISS (neen)? Hoe kan je voeding nog bewaren? Waarom wordt voeding slecht? Hoe kan je dat tegengaan? Hoe geraakt astronautenvoeding in het ISS? Wat zou dat kosten? Hoe kan je kosten besparen? Discussieer ook over de smaak van ruimtevoedsel. Zouden de leerlingen het zien zitten om zes maanden lang gedroogde voeding, aangevuld met water, te eten? Hou zou astronautenvoeding smaken?
4.3.2 Achtergrondinfo De geschiedenis van ruimtevoedsel In de beginjaren van de ruimtevaart, was de voeding die astronauten meekregen op hun vlucht allesbehalve een gastronomisch hoogstandje. Ruimtevaartpioniers moesten tevreden zijn met hapklare brokken, gevriesdroogde poedertjes en pasta’s in tubes. Lekker was het niet, maar je moet er iets voor over hebben om geschiedenis te schrijven. Tijdens de Gemini missies (1964 - 1966) waren al enkele verbeteringen aangebracht. De brokken werden gecoat met gelatine, zodat de kans op rondzwervende kruimels verkleinde, en de gevriesdroogde poeders werden speciaal verpakt om het rehydrateren te vergemakkelijken. Tegelijkertijd werden de menu’s uitgebreider en verbeterde de kwaliteit van het voedsel. De Apollo-missies (die onder andere de eerste mensen op de maan zetten in 1969) zorgden voor een grote doorbraak op vlak van astronautenvoeding: warm water. Tot dan toe moesten ruimtereizigers koud water toevoegen, wat niet bevorderlijk was voor de smaak. Ten tijde van het Skylab (1973 - 1979), het eerste Amerikaanse ruimtestation, werd meer en meer aandacht geschonken aan het dieet van astronauten. Voor het eerst was er voldoende plaats om echt te tafelen. Voetgrepen werden gebruikt opdat de bewoners van het lab aan tafel konden plaatsnemen. Naast mes, vork en lepel, gebruiken astronauten sindsdien ook standaard een schaar bij het eten, om plastic verpakkingen te openen. In het Skylab was zelfs een diepvriezer en een koelkast aanwezig. Nadien werden zulke toestellen niet meer voorzien in ruimtemissies, tenzij voor wetenschappelijke doeleinden. Tegenwoordig stellen astronauten hun menu zelf samen, een paar maanden voor hun lancering. Hun dieet wordt samengesteld zodat ze elke dag honderd procent van hun dagelijkse behoeften aan calorieën, vitaminen en mineralen binnenkrijgen.
38
Vriesdrogen Omdat het gewicht bij de lancering beperkt moet worden, is vriesdrogen al lange tijd een populaire manier om ruimtevoedsel te bewerken. Bij het vriesdrogen wordt een product eerst sterk afgekoeld. Vervolgens wordt de omgevingsdruk verlaagd en warmte toegevoegd opdat het aanwezige water sublimeert: het gaat over in de gasfase. Het gewicht van een voedingsmiddel kan met een factor vijf dalen door het te vriesdrogen, terwijl 98 procent van de voedingswaarde behouden blijft. Om een lekker maal te bereiden, volstaat het om wat warm water toe te voegen. Populaire gevriesdroogde gerechten in het ISS zijn garnalencocktail, macaroni met kaas en kip met rijst. Ook ontbijtgranen en drankjes worden gevriesdroogd. Hoewel de techniek erg duur is, wordt vriesdrogen ook gebruikt voor sommige toepassingen op aarde. Zo is instant koffie vaak gevriesdroogd en wordt voeding voor trekkers op dezelfde manier als ruimtevoedsel gemaakt. Maar water is schaars in het ISS, zeker nu er permanent zes astronauten verblijven. Er wordt zoveel mogelijk water gerecycleerd, bijvoorbeeld uit urine. Warmtebehandeling Een andere manier om voedsel lang te kunnen bewaren, noodzakelijk omdat er in het ruimtestation geen koeling aanwezig is, is thermostabilisatie. De voeding ondergaat een warmtebehandeling, waardoor schadelijke bacteriën en enzymen worden uitgeschakeld. Voorbeelden van thermostabiel voedsel zijn vis en fruit in blik. Ook door bestraling kan voedsel bewerkt worden voor gebruik in de ruimte. Die laatste techniek past men vooral toe op vlees. Extraatjes Sommige voedingsmiddelen gaan in hun gewone vorm mee de ruimte in, zoals koekjes en nootjes. Sausjes zoals ketchup en mayonaise worden verpakt in individuele porties. Peper wordt opgelost in olie en zout in water, om de maaltijd een persoonlijke toets te geven.
39
4.4 Antwoordkaart A Hoe drinken astronauten in de ruimte, volgens jou? Kleur het bolletje bij het antwoord van jouw keuze. Alle antwoorden zijn goed Waarom denk je dat jouw antwoord juist is? Overleg met je klasgenoten. Alle antwoorden zijn goed B Bekijk het filmpje: 'Bolvormig' water Wat gebeurt er met druppels water in het internationaal ruimtestation? Kleur het bolletje bij het antwoord van jouw keuze. Ze blijven zweven C Nadenkertje: Hoe geraakt, volgens jou, het water dat wij drinken van onze mond tot in onze maag? Op een actieve manier: spieren in de slokdarm duwen het water naar de maag. D (In te vullen op de Doe-kaart) Wat is je besluit? (Schrap wat niet past) Mensen kunnen wel ondersteboven drinken. Water en andere vloeistoffen worden actief van onze mond naar onze maag getransporteerd. Hoe heet dit proces? Geef ook een definitie. Peristaltiek: De knijpende beweging van de spieren in een buisvormig orgaan, om de inhoud (bijvoorbeeld voedsel) voort te stuwen. E Bekijk het filmpje: ‘Thee zetten in het ISS’ Beantwoord opnieuw de vraag uit A. Hoe drinken astronauten in de ruimte? Kleur het bolletje bij het antwoord van jouw keuze. Uit een zakje met een rietje Waarom drinken astronauten op deze manier? Vul de tekst aan met woorden uit volgend lijstje: borden, zweeft, stijgt, schaar, niet, valt, glazen, rietje, zweven, wel, zakjes, vallen, glas, zakje, stijgen. Opgelet: je moet niet elk woord gebruiken. Op aarde vallen voorwerpen. Ook wanneer je water in een glas giet, kan je zeggen dat het water in het glas valt. In de ruimte zweven voorwerpen. Ook water en andere vloeistoffen. Je kan er vloeistoffen dus niet zomaar in een glas gieten. Daarom gebruiken astronauten zakjes om uit te drinken. Zo raken ze ook geen drankjes kwijt. Om zijn thee uit het zakje in zijn mond te krijgen, gebruikt Frank De Winne een rietje.
40
F Nadenkertje: Geen vieze tubes en poedertjes, maar heerlijke menu’s voor de astronauten van vandaag. Het meeste voedsel dat astronauten mee naar het ISS nemen is gevriesdroogd. Daarbij wordt al het water uit de eetwaren verwijderd, zonder dat de smaak verdwijnt. Waarom wordt deze techniek zoveel toegepast voor ruimtevoedsel, denk je? Overleg met je klasgenoten en formuleer samen een antwoord. - Voedsel waaruit het water verwijderd is, is langer houdbaar. - In het ISS hebben ze geen koelkast. Voedsel waaruit het water verwijderd is, kan je bewaren zonder koeling. - Elke kilo die je naar de ruimte wil sturen, kost veel geld. Door het water uit voedsel te verwijderen, bespaar je heel wat brandstof.
41
5.1 Invulkaart A Wat doen astronauten in het ISS volgens jou met hun urine? Kleur het bolletje bij het antwoord van jouw keuze. Ze vangen hun urine op, verzamelen het in containers en sturen het terug naar de aarde Ze lozen hun urine in de ruimte Ze filteren hun urine en gebruiken het filtraat om te drinken en om eten te bereiden Waarom denk je dat astronauten dat doen? Overleg met je klasgenoten. .................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
B Hoeveel denk je dat het kost om één liter water naar het ISS te brengen? Overleg met je klasgenoten. Bekijk dan het filmpje: ‘Gewicht naar de ruimte’ en vul volgende tekst aan: Eén liter water naar het ISS brengen, kost €................................................................... Daarom wordt de urine van de astronauten ................................................................................................................................................. Met ................................................................................................................................................. en het vocht van ................................................................................................................................................. gebeurt hetzelfde. Astronauten hebben ..................... liter water per dag nodig. Zoek eens op hoeveel leidingwater de gemiddelde Vlaming verbruikt per dag. Antwoord: ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................... C Nochtans is leidingwater drinkbaar water dat streng en veelvuldig gecontroleerd wordt, vooraleer het uit jouw kraan verschijnt. Voor welke toepassingen is het noodzakelijk om drinkbaar water te gebruiken? Zet een X in de juiste kolom. Drinkbaar Planten water geven Koffie of thee zetten WC doorspoelen Wasmachine Spaghetti koken Auto wassen Centrale verwarming
42
Niet drinkbaar
D Voer het experiment ‘Water zuiveren’ uit en ontdek hoe je zelf onzuiverheden uit water kan verwijderen. Drinkwaterbedrijven gebruiken dezelfde principes om water te zuiveren: ze laten het water, dat ze uit de bodem of uit spaarbekkens halen, door zandbedden sijpelen. En ook in de natuur gebeurt hetzelfde: het pure water uit een bronnetje is zo zuiver omdat het eerst door allerlei aardlagen is gesijpeld, soms eeuwenlang. Opgelet! Het water dat je bekomt met deze proef, is niet drinkbaar! De astronauten in het ISS hebben een beter systeem, dat ook bacteriën en virussen uit water kan verwijderen. E Hoe verzamelen astronauten hun urine? Bekijk het filmpje ‘Ruimtetoilet’. Welke weg legt de urine af, na het verlaten van een astronautenlichaam? Zet volgende woorden in de juiste volgorde: opvangbak - buis - kraan met drinkbaar water - ventilator - trechter - recyclagesysteem - klep .................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
F Extra: Denk ook eens na over het afval dat astronauten dagelijks produceren: verpakkingen van voedsel, haartjes bij het scheren of haar knippen, ... Bekijk het filmpje ‘Afval in de ruimte’ en beschrijf wat de bewoners van het ISS met hun afval doen. .................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
43
5.2 Doe-kaart: Water zuiveren
Wat heb je nodig? - Schaal - Koffiefilter - Houtskool of houtskoolpoeder - Zand
- Fijn grind - Zeef - Emmer
Aan de slag! Doe de koffiefilter in een bloempot en zet hem in de schaal. Vul de filter voor een derde met fijngemaakt houtskool of houtskoolpoeder. Was het zand en het grind apart onder de kraan, in een zeef. Doe een derde zand op de houtskool. Vul aan met grind. Schep een emmertje vuil vijver- of beekwater. Hou de zeef boven de bloempot en giet er het onzuivere water in.
Wat gebeurt er? De zeef houdt grotere brokken vuil tegen. In de lagen grind, zand, kool, papier en bloempot, raken onreinheden vast in de steeds kleiner wordende porieën, of hechten zich aan de filterstoffen. Het water is nu - gedeeltelijk - gezuiverd. Toch maar niet van drinken, want er kunnen nog onzichtbaar vuil en bacteriën in zitten.
44
5.3 Leerkrachtenfiche 5.3.1 Didactische tips A Laat de leerlingen nadenken over de vraag ‘Wat doen astronauten met hun urine’? Vangen ze de urine op om terug te sturen naar de aarde? Is het mogelijk om urine te zuiveren tot drinkbaar water? Mogen de astronauten hun urine zomaar in de ruimte lozen? Breng een discussie op gang maar moedig de leerlingen aan om elk voor zich een antwoord te formuleren. B Het kost erg veel om massa naar de ruimte te brengen. Elke gram telt. De bedragen zijn astronomisch. Hebben de leerlingen een idee van de kostprijs om één liter water naar het ISS te brengen? Gaat het om tientallen, honderden, duizenden of zelfs tienduizenden euro’s? In het filmpje horen de leerlingen het juiste bedrag. € 25.000 is heel wat, logisch dus dat astronauten zoveel mogelijk water recycleren en zo weinig mogelijk water gebruiken. In het filmpje leren de leerlingen ook dat astronauten toekomen met slechts drie liter water per dag. Hoeveel gebruiken ze zelf? Wat een verschil! (Laat de leerlingen het gemiddeld dagelijks waterverbruik van de Vlaming opzoeken op internet. Afhankelijk van de bron, zijn antwoorden tussen 105 en 125 liter goed.) C Breng een discussie op gang over het waterverbruik van de leerlingen. Leidingwater is drinkbaar. Het is dus niet nodig om duur flessenwater te kopen om te drinken. Wie drinkt thuis flessenwater, wie drinkt leidingwater? Maar evenzeer is het niet nodig om drinkbaar leidingwater te gebruiken om bijvoorbeeld kleren te wassen, de auto te wassen, de WC door te spoelen... Wie heeft thuis een regenwaterput? Wie heeft een grondwaterput? In België is het aanleggen van een regenwaterput verplicht bij de bouw van nieuwe huizen met een dak groter dan 75 m_. D In het experiment ‘Water zuiveren’ leren de leerlingen een manier om grof vuil gradueel uit vervuild water te verwijderen. Door verschillende lagen te gebruiken, met een steeds kleinere poriegrootte, worden steeds kleinere onzuiverheden tegengehouden. In het ISS wordt het water gezuiverd via een filtersysteem gecombineerd met thermische sterilisatie. Dat laatste is nodig om het water volledig veilig en drinkbaar te maken. Op regelmatige tijdstippen wordt het water uitvoerig getest. E Vooraleer u het filmpje aan de leerlingen toont, kunt u hen vragen welke problemen astronauten kunnen hebben bij een toiletbezoek. In de ruimte vallen voorwerpen immers niet naar beneden, ze zweven. Zo ook urine en grote boodschappen. De leerlingen zien hoe Frank De Winne in het ISS naar het toilet moet gaan. Alle menselijk afval wordt weggezogen door middel van een ventilator. De astronaut legt uit hoe de urine afgevoerd wordt: via een trechter en een klep die opengezet moet worden, wordt de urine via een buis naar een opvangbak gezogen. De afzuiging gebeurt door middel van een ventilatiesysteem. Ventilatoren veroorzaken een neer- en zijwaartse luchtstroom zodat de gewichtloze uitwerpselen niet blijven zweven. De laatste twee stappen moeten de leerlingen zelf te weten komen: vanuit de opvangbak gaat het water naar het recyclagesysteem en daarna is het terug beschikbaar als drinkbaar water... uit de kraan.
45
F Tenslotte denken de leerlingen nog na over wat er met de rest van het afval gebeurt. Kan je zomaar afval in de ruimte gooien? Vertel hen over het probleem van ruimteschroot: allerlei afval (van verfschilfertjes tot afgedankte rakettrappen) dat aan extreem hoge snelheden door de ruimte vliegt. Het toenemend ruimteschroot vormt een reëel gevaar voor het ISS en andere functionele satellieten in de ruimte. Zelfs een klein verfschilfertje kan bij een snelheid van 28.000 kilometer per uur heel wat schade veroorzaken. Het ISS wordt af en toe met behulp van raketmotoren ‘verplaatst’ om een botsing met rondzwervend afval te vermijden.
5.3.2 Achtergrondinfo Het ruimtetoilet In 1961 ging Alan Shepard als eerste Amerikaan de ruimte in. Tijdens het wachten op de start, begon het water in zijn blaas op te hopen... Zijn vlucht zou maar 15 minuten duren, een toiletbezoek was dus niet gepland. Maar de startprocedure stopzetten zou ook een enorme geldverspilling zijn. Shepard kreeg daarom de opdracht om het dan maar ‘in zijn pak te doen’. Niet erg comfortabel, want door zijn liggende positie hoopte de urine op tussen zijn schouderbladen. Om nog te zwijgen over de penibele situatie tijdens zijn 4 minuten en 43 seconden durende gewichtloosheid. Zijn opvolgers kregen bij vertrek dan ook een luier aan. Maar voor de Apollo-missies waren de astronauten langer weg van huis. Een luier was niet langer bruikbaar. De astronauten moesten zich behelpen met plastic zakjes die ze tegen hun achterste plakten. Het leven van astronauten is ondertussen heel wat aangenamer geworden. Ze kunnen nu gebruik maken van de twee toiletten die aanwezig zijn in het ruimtestation. Ook in het Amerikaans ruimteveer is een gelijkaardig toilet aanwezig. Om hygiënische redenen, krijgen mannelijke ruimtevaarders elk een eigen urineslangetje dat aan de trechter wordt gekoppeld. Vrouwelijke astronauten hebben een eigen versie van het trechtertje. Voor grote boodschappen, nemen de bewoners van het ISS plaats op het toilet, dat zich aanpast aan de billen van de astronaut. Op die manier worden lekken vermeden. Hendels houden de dijen van de gebruiker stevig vast en ook aan de voetsteunen zijn riemen voorzien. Urine wordt gerecycleerd tot drinkbaar water. Poep wordt verzameld in een zak en vervolgens gevriesdroogd. De zakken worden opgeslagen tot ze met een vrachtschip terug naar de aarde kunnen meegenomen worden. Als die vrachtschepen de aardatmosfeer bereiken, branden ze op ten gevolge van de wrijving met de lucht.
Waterbesparing in het ISS Astronauten besparen water op verschillende manieren. Het toilet spoelen ze door met lucht in plaats van water. Zoveel mogelijk waterrijke afvalproducten worden gerecycleerd tot drinkbaar water. Onder andere urine, zweet, waterdamp uit de ademhaling, vochtige lucht en water gebruikt voor de persoonlijke hygiëne, wordt gerecycleerd. Maar ook uit vaste afvalstoffen wordt zoveel mogelijk water gehaald. De bewoners van het ISS wassen zichzelf met behulp van vochtige washandjes of handdoekjes. Tanden poetsen gebeurt op dezelfde manier als op aarde. Hun haren wassen ze met droge shampoo. In plaats van hun kleren te wassen, gooien astronauten hun kleding weg nadat ze het drie dagen gedragen hebben. In Japan onderzoekt men nieuwe technologieën om kleding gedurende langere tijd te kunnen dragen. Een Japanse ruimtevaarder droeg tijdens zijn verblijf in de ruimte een maand lang dezelfde onderbroek, zonder last te krijgen van hinderlijke geurtjes.
46
5.4 Antwoordkaart A Wat doen astronauten in het ISS volgens jou met hun urine? Kleur het bolletje bij het antwoord van jouw keuze. Alle antwoorden zijn goed. Waarom denk je dat astronauten dat doen? Overleg met je klasgenoten. Alle antwoorden zijn goed. B Hoeveel denk je dat het kost om één liter water naar het ISS te brengen? Overleg met je klasgenoten. Bekijk dan het filmpje: ‘Gewicht naar de ruimte’ en vul volgende tekst aan: Eén liter water naar het ISS brengen, kost € 25.000 Daarom wordt de urine van de astronauten gerecycleerd. Met zweet en het vocht van vochtige handdoeken gebeurt hetzelfde. Astronauten hebben drie liter water per dag nodig. Zoek eens op hoeveel leidingwater de gemiddelde Vlaming verbruikt per dag. Antwoord: 120 liter (antwoorden tussen 105 l en 125 l zijn goed) C Nochtans is leidingwater drinkbaar water dat streng en veelvuldig gecontroleerd wordt, vooraleer het uit jouw kraan verschijnt. Voor welke toepassingen is het noodzakelijk om drinkbaar water te gebruiken? Zet een X in de juiste kolom. Drinkbaar Planten water geven Koffie of thee zetten WC doorspoelen Wasmachine Spaghetti koken Auto wassen Centrale verwarming
Niet drinkbaar X
X X X X X X
D Voer het experiment ‘Water zuiveren’ uit en ontdek hoe je zelf onzuiverheden uit water kan verwijderen. Opgelet! Het water dat je bekomt met deze proef, is niet drinkbaar! De astronauten in het ISS hebben een beter systeem, dat ook bacteriën en virussen uit water kan verwijderen. Drinkwaterbedrijven gebruiken dezelfde principes om water te zuiveren: ze laten het water, dat ze uit de bodem of uit spaarbekkens halen, door zandbedden sijpelen. En ook in de natuur gebeurt hetzelfde: het pure water uit een bronnetje is zo zuiver omdat het eerst door allerlei aardlagen is gesijpeld, soms eeuwenlang.
47
E Hoe verzamelen astronauten hun urine? Bekijk het filmpje ‘Ruimtetoilet’. Welke weg legt de urine af, na het verlaten van een astronautenlichaam? Zet volgende woorden in de juiste volgorde. Trechter - klep - buis - ventilator - opvangbak - recyclagesysteem - kraan met drinkbaar water F Extra: Denk ook eens na over het afval dat astronauten dagelijks produceren: verpakkingen van voedsel, haartjes bij het scheren of haar knippen, ... Bekijk het filmpje ‘Afval in de ruimte’ en beschrijf wat de bewoners van het ISS met hun afval doen. Het afval binnen het ruimtestation wordt in zakken bewaard, wordt gestouwd in een leeggemaakte vrachtcabine of in het Amerikaans ruimteveer. Het afval wordt dan terug naar de aarde gestuurd.
48
6.1 Invulkaart A Waarvoor gebruiken astronauten een robotarm, volgens jou? Kleur het bolletje bij het antwoord van jouw keuze. om koffie te zetten om werken aan het ruimtestation uit te voeren om aan hun rug te krabben
B Zoek op het internet informatie over de Canadarm2, de langste robotarm van het ISS. - Wat is de lengte van de Canadarm2? .................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
- De plaatsen waar een robotarm kan plooien, noemt men gewrichten. Hoeveel gewrichten heeft de Canadarm2? .................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
- Vind je ook nog andere robotarmen die gebruikt worden in de ruimtevaart? Zoek op het internet en bekijk het filmpje ‘Training in Japan’. ...................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
49
C Een robotarm moet niet enkel vrij kunnen bewegen in de ruimte, hij moet ook voorwerpen kunnen vastnemen. Daarom plaatsen ingenieurs ingewikkelde eindeffectors op het uiteinde van een robotarm. De Canadarm2 is uitgerust met een cilindervormige eindeffector, die met behulp van drie kabels een voorwerp kan vastgrijpen. Ontdek hoe de eindeffector van de Canadarm2 werkt, in het experiment ‘Zonder handen’. Niet alleen in de ruimtevaart worden robotarmen gebruikt. Vind je nog andere toepassingen? - ........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................... - ........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................... - ........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................... D Wat zijn de voordelen of nadelen van een robotarm? Schrap wat niet past. Een robotarm kan snel/traag werken. Wanneer ze aan een lopende band geplaatst worden, behandelen ze elk product op dezelfde/een andere manier. Robotarmen kunnen moeilijk/alleen makkelijk bereikbare plaatsen behandelen. Op plaatsen die gevaarlijk zijn voor mensen, zoals diep in de zee of hoog in de ruimte, zijn robotarmen een goede/slechte manier om taken van de mens over te nemen. E Er bestaan verschillende soorten eindeffectors. Voor iedere toepassing, bestaat een beste keuze. Sommige robotarmen tillen voorwerpen op door middel van een zuiger. Robotarmen die chirurgen gebruiken om op afstand te opereren, hebben bijvoorbeeld een scalpel als eindeffector. En er bestaan zelfs robots die een echte hand gebruiken om voorwerpen te manipuleren. Maak je eigen robothand in het experiment ‘Robothand’.
50
6.2
Doe-kaart: Zonder handen
Wat heb je nodig? - 2 kartonnen (of plastieken) drinkbekers - Dun touw - Plakband - Schaar
Aan de slag! Zet de drinkbekers in elkaar en knip de bekers ongeveer halfweg in twee. Doe dit voorzichtig en nauwkeurig, probeer zo weinig mogelijk oneffenheden in de randen te knippen. Het deel met de bodem van de beker, mag je weggooien. Knip drie stukjes touw af, van elke ongeveer 12 cm. Neem één touwtje en plak het uiteinde vast aan de binnenkant van de binnenste beker. Doe dat vlak onder de afgesneden rand. Plak het andere uiteinde aan de buitenkant van de buitenste beker, ongeveer op dezelfde plaats. Opgelet, druk het stukje tape aan de buitenkant nog niet aan. Doe nu hetzelfde met de twee andere touwtjes. Zorg ervoor dat je de beker met de touwtjes netjes in drie verdeelt. Hou de rand van de onderste beker vast, en draai de bovenste beker rond tot de drie touwtjes elkaar kruisen. Herbevestig het buitenste eind van de touwtjes, zodat ze strak komen te staan.
51
Gebruik dit gereedschap nu om voorwerpen op te tillen. Zet bijvoorbeeld een potlood rechtop (in een bekertje), ontspan de touwtjes, plaats de eindeffector omheen het potlood en draai aan het buitenste bekertje. Wanneer de touwtjes strak staan, kan je het potlood optillen. Probeer ook enkele andere voorwerpen op te tillen. Welke kan je makkelijk verplaatsen? Vul de tweede kolom van de tabel aan met ja of nee. Zoek zelf nog twee voorwerpen om te testen. Voorwerp Potlood Pen Gom Markeerstift Schaar
Kan je dit voorwerp optillen?
Wat is je besluit? Kan je alle voorwerpen optillen met je eindeffector? Wat zijn de voorwaarden opdat een voorwerp opgetild kan worden? Kan je een manier bedenken om dingen makkelijker omhoog te tillen met de effector? ...............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
52
6.3 Doe-kaart: Robothand
Wat heb je nodig? - Dunne elastiekjes - Twee rietjes - Karton - Plakband - Schaar - Visdraad - Lat - Potlood
Aan de slag! Knip vier stukken karton uit: een vierkant van 10 cm x 10 cm en drie rechthoeken van 2 cm x 9 cm. Leg het vierkant, dat de handpalm van je robotarm zal worden, even aan de kant.
Neem een van de vingers (de rechthoeken) en knip die in 3 gelijke stukken, van elk 3cm lang. Leg de ‘vingerkootjes’ terug tegen elkaar en maak ze aan elkaar vast met een lange strook plakband.
Knip drie stukjes van 5cm van een elastiekje. Draai de vinger om (met de plakband naar beneden) en leg het stukje elastiek over een van de gewrichten. Plak de elastiek vast aan twee zijden van het gewricht, maar laat de eindjes vrij. Plooi de eindjes van de elastiek terug, en plak ze vast. Zo kunnen de elastieken bij het plooien niet doorslippen. Opgelet: plak de elastieken stevig vast, anders zal de robothand zijn werk niet naar behoren doen!
53
Doe hetzelfde voor het tweede gewricht. Bevestig op dezelfde manier de vinger aan de bovenzijde van de handpalm. Alle elastiekjes moeten aan dezelfde kant bevestigd worden. Draai de hand om, met de elastiekjes naar beneden. Knip een stukje visdraad af van 35 cm. Plooi het uiteinde van de draad over het topje van de vinger en plak het daar vast. Knip van het rietje vier stukken van 2 cm. Plak een rietstukje in het midden van elk vingerkootje. Plak het laatste stukje op de handpalm, in het verlengde van de vinger. Maak op dezelfde manier nog twee vingers, en bevestig die in het midden en onderaan de handpalm. Je kan de hand besturen met behulp van de touwtjes. Door aan de touwtjes te trekken, maakt de hand een grijpbeweging. Je kan er lichte voorwerpen mee optillen, bijvoorbeeld een leeg colablikje of een papieren drinkbeker. Als je de touwtjes viert, zorgen de stukjes elastiek ervoor dat de hand terug gestrekt wordt. Wat is je besluit? - Welke voorwerpen kan je optillen met de robothand? ...............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
- Wat zou er gebeuren als je meer vingers aan de hand toevoegt? ...............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
- Wat zou er gebeuren als je de hand uitrust met een duim? ........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
54
6.4 Leerkrachtenfiche 6.4.1 Didactische tips A Laat de leerlingen nadenken over de vraag “Waarvoor gebruiken astronauten een robotarm?”. Gebruiken ze de robotarm binnen of buiten het ISS? Zet hen ook aan het denken over de grootte van een robotarm, welke taken die kan uitvoeren en hoe hij dat doet. B Moedig de leerlingen aan om op het internet informatie te zoeken over de grootste robotarm van het ISS, de Canadarm2. Door goed gekozen trefwoorden in te vullen in de bekende zoekmachines, zullen ze snel het juiste antwoord vinden. Enkele websites waar de leerlingen gericht op zoek kunnen gaan naar informatie: - www.nasa.gov (Engels) - www.esa.int (Engels) - http://www.esa.int/esaCP/Netherlands.html (Nederlands) - www.technopolis.be C De leerlingen leren de betekenis van het woord ‘eindeffector’: de machinerie die aan het uiteinde van een robotarm bevestigd is, om specifieke taken te kunnen uitvoeren. Een eindeffector kan je vergelijken met de hand die aan een menselijke arm bevestigd is. De arm dient om de hand naar de juiste plaats te bewegen, de hand kan taken uitvoeren. De ankerplaatsen die op het ruimtestation bevestigd zijn, vergemakkelijken het manipuleren door de robotarm. Ze zien eruit als een staaf met een knop erop. De cilindervormige eindeffector kan over de ankerplaats geschoven worden, waarna de drie kabels sluiten vlak onder de knop. Laat de leerlingen opzoeken op welke plaatsen nog robotarmen ingezet worden. D Nadat de leerlingen geleerd hebben waar robotarmen gebruikt worden, kunnen ze discussiëren over de voordelen van een robotarm. Laat hen logisch nadenken bij het uitvoeren van de opdracht. Robotarmen dienen vaak als vervanging voor menselijke armen, bij gevaarlijk werk, op gevaarlijke plaatsen of op moeilijk bereikbare plaatsen. Doordat een robotarm uit meer gewrichten bestaat, kan hij plekjes binnenin voorwerpen bereiken die voor een mens niet toegankelijk zijn. Laat de leerlingen ook eens tellen hoeveel gewrichten hun eigen arm heeft: schouder, elleboog, pols. Ook de hand telt een aantal gewrichten: aan de vingerbasis plus nog twee gewrichten per vinger. Laat hen ook de beweegbaarheid van hun eigen gewrichten testen: de gewrichten van de vingers zijn veel beperkter dan bijvoorbeeld het schoudergewricht. De duim is een speciaal geval: hij is opponeerbaar. Hij kan in meer richtingen bewegen dan de andere vingers. Met onze duim kunnen we elke vinger van dezelfde hand aanraken (de leerlingen kunnen dit uitproberen). E De leerlingen leren nu dat er verschillende soorten eindeffectors bestaan, afhankelijk van de taak die de robotarm moet uitvoeren. Spoor de leerlingen aan hun fantasie te gebruiken om nog meer soorten eindeffectors te verzinnen. In het experiment maken de leerlingen een model van de meest gesofisticeerde eindeffectors: de robothand. Door middel
55
van touwtjes kunnen ze de hand een grijpbeweging laten maken, de elastieken zorgen ervoor dat de hand terug in de beginpositie geraakt. De robothand die de leerlingen maakten, heeft geen duim. Daardoor zijn de mogelijkheden ervan beperkt. Enkel lichte of ruwe voorwerpen kunnen gemakkelijk opgetild worden. Extra: Laat de leerlingen ervaren hoe vaak ze hun duim gebruiken. Tape hun duim vast aan de rest van hun hand met wat afplakband. Daag hen nu uit om enkele simpele, alledaagse handelingen uit te voeren: veters knopen, een rits sluiten, een hemdsknop dichtdoen, ... Leerlingen die snel klaar zijn, kunnen proberen hun robothand te voorzien van een duim.
6.4.2 Achtergrondinfo Robotarmen in de ruimte Robotarmen zijn onmisbaar voor de ruimtevaartindustrie. Ze maken het mogelijk om op een veilige manier werken uit te voeren aan bijvoorbeeld het internationaal ruimtestation, zonder daarvoor een riskante ruimtewandeling te moeten ondernemen. Maar ook tijdens ruimtewandelingen zijn robotarmen van grote hulp. Ze brengen de astronaut naar de juiste plaats en ze voorzien hem van houvast tijdens zijn werkzaamheden. Op geregelde afstanden zijn aansluitpunten voorzien waaraan de astronaut zich kan bevestigen. Zo zal hij nooit volledig vrij in de ruimte ronddwalen. Het internationaal ruimtestation ISS is sinds 2001 voorzien van een extra grote robotarm, de Canadarm2. Astronauten die de manipulator tijdens hun ruimtevlucht zullen bedienen, moeten daarvoor een doorgedreven training doorstaan. Het is immers geen sinecure om het 17,6 meter lange werktuig met maar liefst zeven gewrichten in goede banen te leiden. De Canadarm2 kan in de ruimte ladingen verplaatsen tot 116 ton zwaar. De Canadarm2, officieel de ‘Space Station Remote Manipulator’, maakt deel uit van het ‘Mobile Servicing System (MSS). De andere onderdelen zijn de ‘Mobile Base’, een platform dat het mogelijk maakt de robotarm over de gehele lengte van het ISS te verplaatsen, en de ‘Special Purpose Dexterous Manipulator’ (of Dextre), een extra robotarm die aan de eindeffector van de Canadarm2 bevestigd kan worden. De Dextre bestaat uit twee kleinere robots die elk 7 gewrichten hebben. Ze zijn in staat om erg nauwkeurig werk te verrichten. Het kleinere broertje van de Canadarm2, de Canadarm (of ‘Shuttle Remote Manipulator System’), is de robotarm waarmee het Amerikaans ruimteveer uitgerust is. Daarmee kunnen vrachten uit het vrachtruim van de Space Shuttle genomen en op de juiste plaats afgezet worden. Ook wordt de Canadarm gebruikt om werken uit te voeren aan satellieten, zoals de Hubble telescoop. Een camera op de Canadarm wordt gebruikt om de buitenzijde van het ruimteveer te inspecteren. Tenslotte wordt de robotarm gebruikt als hulpmiddel bij ruimtewandelingen. Aan de Japanse module Kibo van het ISS is ook een robotarm bevestigd: het ‘Remote Manipulator System’. Die bestaat uit twee robotarmen met elk zes gewrichten, die taken aan de buitenkant van de module kan uitvoeren. De hoofdarm wordt gebruikt om zware vrachten te verplaatsen. De kleine arm, die aan de hoofdarm bevestigd kan worden, voert precisiewerk uit. In 2011 zal nog een Europese robotarm (ERA) naar het ruimtestation gebracht worden, die het mogelijk moet maken aan de Russische modules te werken. De ERA zal voorzien zijn van twee eindeffectoren, waardoor hij als het ware over het ISS kan ‘lopen’, door afwisselend met elke eindeffector één van de ankerpunten vast te grijpen.
56
6.5 Antwoordkaart A Waarvoor gebruiken astronauten een robotarm, volgens jou? Kleur het bolletje bij het antwoord van jouw keuze. Alle antwoorden zijn goed. B Zoek op het internet informatie over de Canadarm2, de langste robotarm van het ISS. - Wat is de lengte van de Canadarm2? 17,6 meter - De plaatsen waar een robotarm kan plooien, noemt men gewrichten. Hoeveel gewrichten heeft de Canadarm2? 7 - Vind je ook nog andere robotarmen die gebruikt worden in de ruimtevaart? Zoek op het internet en bekijk het filmpje ‘Training in Japan’. De Canadarm van het Amerikaans ruimteveer; de Japanse robotarm, De Europese robotarm (ERA), de Special Purpose Dexterous Manipulator (of Dextre, of SPDM; die bevestigd wordt aan de Canadarm2) C Een robotarm moet niet enkel vrij kunnen bewegen in de ruimte, hij moet ook voorwerpen kunnen vastnemen. Daarom plaatsen ingenieurs ingewikkelde eindeffectors op het uiteinde van een robotarm. De Canadarm2 is uitgerust met een cilindervormige eindeffector, die met behulp van drie kabels een voorwerp kan vastgrijpen. Ontdek hoe de eindeffector van de Canadarm2 werkt, in het experiment ‘Zonder handen’. Doe-kaart (2) Wat is je besluit? Kan je alle voorwerpen optillen met je eindeffector? Wat zijn de voorwaarden opdat een voorwerp opgetild kan worden? Kan je een manier bedenken om dingen makkelijker omhoog te tillen met de effector? Niet alle voorwerpen kan je optillen met deze eindeffector. Gladde, zware voorwerpen zijn moeilijker te verplaatsen dan ruwe, lichte voorwerpen. Om voorwerpen makkelijker te kunnen optillen, voorzien ingenieurs ze van speciale ankerplaatsen. Niet alleen in de ruimtevaart worden robotarmen gebruikt. Vind je nog andere toepassingen? - Aan de lopende band in de auto-industrie - Bij moeilijke operaties - In attractieparken D Wat zijn de voordelen of nadelen van een robotarm? Schrap wat niet past. Een robotarm kan snel/traag werken. Wanneer ze aan een lopende band geplaatst worden, behandelen ze elk product op dezelfde/een andere manier. Robotarmen kunnen moeilijk/alleen makkelijk bereikbare plaatsen behandelen. Op plaatsen die gevaarlijk zijn voor mensen, zoals diep in de zee of hoog in de ruimte, zijn robotarmen een goede/slechte manier om taken van de mens over te nemen.
57
E Er bestaan verschillende soorten eindeffectors. Voor iedere toepassing, bestaat een beste keuze. Sommige robotarmen tillen voorwerpen op door middel van een zuiger. Robotarmen die chirurgen gebruiken om op afstand te opereren, hebben bijvoorbeeld een scalpel als eindeffector. En er bestaan zelfs robots die een echte hand gebruiken om voorwerpen te manipuleren. Ontdek hoe een robothand werkt in het experiment ‘Robothand’. Doe-kaart (3) - Welke voorwerpen kan je optillen met de robothand? Verschillende antwoorden zijn mogelijk - Wat zou er gebeuren als je meer vingers aan de hand toevoegt? Met meer vingers kan je meer kracht uitoefenen, en kan je meer voorwerpen optillen. - Wat zou er gebeuren als je de hand uitrust met een duim? Een duim werkt in een andere richting, zodat je robothand meer handigheid verkrijgt. Zo kan hij kleinere voorwerpen optillen of moeilijkere taken uitvoeren.
58
7.1 Invulkaart A Bekijk het filmpje ‘Kwetsbare aarde’. Een van de favoriete bezigheden van de bewoners van het internationaal ruimtestation, is kijken naar de aarde. Kan je, volgens jou, van op de aarde het ISS zien? Kleur het bolletje bij het antwoord naar jouw keuze. ja nee Waarom denk jij dat je het ISS van op de aarde wel/niet kan zien? Overleg met je klasgenoten. .................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
B Het ISS vliegt in een baan omheen de aarde. Die baan heeft een aantal eigenschappen. Zoek op het internet de antwoorden op volgende vragen. Verbind de vragen met het juiste antwoord. Hoe hoog vliegt het ISS ongeveer boven het aardoppervlak (in km)? Hoe snel vliegt het ISS ongeveer (in km/u)? In hoeveel tijd legt het ISS één rondje omheen de aarde af (in uur)? Hoe vaak zien astronauten in het ISS elke dag de zon op- en ondergaan?
1,5 16 28 000 400
C Als je weet dat de straal van de aarde gelijk is aan 6.370 km, hoe lang is dan de baan van het ISS? - Bereken eerst de straal van de cirkel die het ISS omheen de aarde beschrijft. ....................................................................................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................................................................................
- Geef de formule voor de omtrek van een cirkel ....................................................................................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................................................................................
- Hoe lang is dan de baan die het ISS omheen de aarde maakt? ..............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
59
- Controleer of je het juist hebt. Deel de lengte van ISS-baan door de tijd dat het ISS nodig heeft voor één rondje omheen de aarde. Je bekomt nu de snelheid van het ISS. • Wat is die snelheid? .................................................................................................................................................................................................................................................................................. • Komt die overeen met wat je in B opzocht? ......................................................................................................................................................................................... D Voer het experiment ‘Dag en nacht in het ISS’ uit. Teken ook de baan van het ISS, zoals aangegeven op de Doe-kaart. E Terwijl het ISS een baan omheen de aarde beschrijft, draait de aarde verder om haar as. Telkens wanneer het ISS één omwenteling gemaakt heeft, is de aarde alweer een klein stukje verder gedraaid. Daarom vliegt het ISS nooit tweemaal achter elkaar over dezelfde plaats op aarde. Je kan het ISS alleen zien als het dichtbij jouw plaats op aarde overvliegt. Als het ISS achter de horizon verdwijnt, kan je het onmogelijk waarnemen. Maar er zijn nog voorwaarden. Surf naar de website www.heavens-above.com. Waar bevindt het ISS zich nu (de wereldkaart op de site toont de huidige positie van het ISS)? ............................................................................................................................................................................................................................... Druk nu op de link ‘select from map’. Zoom in en navigeer naar jouw woonplaats. Duid je woonplaats aan en klik onderaan op ‘submit’ om je keuze te bevestigen. Klik nu onder de titel ‘Satellites’ op ‘ISS’. Je krijgt een tabel te zien met de tijdstippen waarop het ISS boven jouw woonplaats te zien zal zijn. Wat valt op? Kleur het bolletje bij het juiste antwoord. het ISS is alleen midden in de nacht te zien het ISS is alleen overdag te zien het ISS is alleen ‘s morgens vroeg of ‘s avonds laat te zien F Besluit: Wanneer kan je het ISS zien? Denk logisch na over de voorwaarden waaraan het ISS moet voldoen, opdat je het van op de aarde zou kunnen zien. Schrap wat niet past: Door zijn grote afmetingen reflecteert het ISS geen/wel licht van de zon, dat hier op aarde zichtbaar is. Daarom ziet het ruimtestation eruit als een heldere ster/donkere vogel. Je kan het ISS dan ook alleen zien wanneer het donker/licht is. Bovendien moet er op dat moment wel/geen zonlicht vallen op het ISS. Dat kan alleen wanneer het dag/nacht is voor de bewoners van het ISS en het tegelijkertijd dag/nacht is in jouw woonplaats. Je kan het ISS dus enkel overdag/bij het vallen van de avond en voor het opkomen van de zon /midden in de nacht zien.
60
7.2 Doe-kaart: Dag en nacht in het ISS
Wat heb je nodig? - Jezelf en twee klasgenoten
Aan de slag! 1 Wanneer is het op de aarde dag? Wanneer is het nacht? Eén leerling speelt de aarde, de andere speelt de zon. De leerlingen gaan op 4 meter afstand van elkaar staan, met het gezicht naar elkaar toe. Beantwoord volgende vragen: • Aan welke kant van de aarde is het dag? ............................................................................................................................................................................................................................................ • Aan welke kant van de aarde is het nacht? ................................................................................................................................................................................................................................... De zon blijft stilstaan, de aarde draait om haar eigen as. De leerling die de aarde speelt, draait een kwartslag naar links. • Waar is het nu dag? .................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................... • En waar is het nacht? .............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................. 2 Wanneer is het in het ISS dag? Wanneer is het nacht? Nu komt de derde leerling meedoen. Hij/zij speelt het ISS. Het ISS draait omheen de aarde, op ongeveer een halve meter afstand. • Wanneer is het dag in het ISS? ....................................................................................................................................................................................................................................................................................... • Wanneer is het nacht in het ISS? .............................................................................................................................................................................................................................................................................. Besluit Vul volgende woorden in op de tekening (in de kadertjes): dag, nacht. De satelliet die je op verschillende plaatsen omheen de aarde ziet, stelt het ISS voor. Links zie je de zon schijnen.
61
Extra: De baan van het ISS - Teken een cirkel die de aarde voorstelt. - Teken de evenaar: trek een horizontale lijn door het midden van de aarde. - Teken een meridiaan: trek een verticale lijn door het midden van de aarde, loodrecht op de evenaar. - Duid op de tekening de vier windrichtingen aan. -T eken nu de baan van het ISS: trek een lijn door het midden van de aarde, die een hoek van 51,6° maakt met de evenaar. Het ISS vliegt van west naar oost. Duid die richting aan met een pijl.
62
7.3 Leerkrachtenfiche 7.3.1 Didactische tips A Toon de leerlingen het filmpje ‘Kwetsbare aarde’. Wijs hen erop dat de astronauten die in het ISS verblijven nooit de volledige aardbol kunnen zien. Ze zien maar een klein stukje. Dat komt doordat de aarde bol is. Vergelijk het met een grote open vlakte. Wanneer je daar in de verte kijkt, zie je op een bepaalde afstand de horizon. Als je op een hoge toren in diezelfde vlakte gaat staan, zie je een groter stuk van de aarde. De horizon ligt nu verderop. Hoe hoger de toren, hoe verder de horizon en hoe groter het stuk aarde dat je kan zien. En de astronauten in het ISS, kijken van op een wel heel grote hoogte naar de aarde. Laat de leerlingen nadenken over de vraag ‘Kan je van op de aarde het ISS zien? De astronauten zien onze aarde, maar met weinig details. Het ISS is erg klein. Zou je het toch kunnen zien? Breng een discussie op gang maar moedig de leerlingen aan om hun eigen antwoord te formuleren. B Laat de leerlingen op het internet op zoek gaan naar informatie over het ISS. Op sommige websites zullen ze alle gevraagde informatie in één keer vinden. Als ze een zoekmachine gebruiken, kunnen ze de vragen ook een voor een oplossen. Enkele websites waar de leerlingen gericht op zoek kunnen gaan naar informatie: - www.nasa.gov (Engels) - www.esa.int (Engels) - http://www.esa.int/esaCP/Netherlands.html (Nederlands) - www.technopolis.be Op de vraag ‘Hoe vaak zien astronauten in het ISS elke dag de zon op- en ondergaan’ zullen de leerlingen minder snel een antwoord vinden. Het volstaat dan om het aantal uren in een dag (24) te delen door de tijd van één rondje aarde (1,5 u). C Hier moeten de leerlingen stap voor stap een vraagstuk oplossen. Laat hen over elke stap nadenken en moedig hen aan om zelf de oplossingen te berekenen. Als hulpmiddel kan u een tekening op het bord maken: de aarde met haar straal, en het ISS op een hoogte van 400 km. Zo zien de leerlingen gemakkelijk wat de straal van de baan van het ISS is. D In dit experiment ontdekken de leerlingen wat dag en nacht, licht en donker veroorzaakt. Het is dag wanneer de stralen van de zon je kunnen bereiken, nacht wanneer ze dat niet doen (ongeacht waar je je bevindt). De leerlingen leren dat dag en nacht verschillend zijn op aarde en in het ISS. Deze bevindingen kunnen de leerlingen later in de les gebruiken om te verklaren wanneer het ISS zichtbaar is. E In dit deel leren de leerlingen dat je het ISS inderdaad kan zien van op de aarde, maar niet altijd. Ze gaan zelf, op een logische manier, op zoek naar de voorwaarden waaraan de omstandigheden moeten voldoen. Eerst leren ze dat het ISS steeds op een andere plaats boven de aarde verschijnt. Met behulp van de website www.heavens-above.com kunnen ze bepalen waar het ISS
63
zich op het moment van de les bevindt. Misschien vliegt het ISS wel net boven Europa. Maar hou de leerlingen tegen om meteen naar buiten te lopen, overdag kan u het ISS immers niet zien. Op de website kunnen de leerlingen op zoek gaan naar momenten waarop ze het ISS wel kunnen waarnemen van op de aarde. Op de kaart kunnen ze inzoomen naar hun eigen woonplaats. Daarvoor gebruiken ze de hulpmiddelen aan de linkerkant van de kaart. Met de + en de - knop kunnen ze in- en uitzoomen. Met de pijlen kunnen ze de kaart bewegen. Als de kaart genoeg details toont, klikken ze hun woonplaats aan. Er verschijnt dan een rode aanduiding. Wanneer hun woonplaats bevestigd is, kunnen de leerlingen opzoeken wanneer het ISS zichtbaar is. De tijdstippen waarop dat mogelijk is, doen de leerlingen vermoeden dat je enkel op bepaalde tijdstippen het ISS kan zien. Inderdaad, het lukt alleen als de nacht nog maar net gevallen is of bijna voorbij is. Omdat de aarde bolvormig is, kan de zon dan nog/al op het ISS schijnen terwijl wij al/nog in duisternis gehuld zijn. F Help de leerlingen doorheen dit onderdeel. Logisch nadenken helpt hen bij het invullen van de oefening. Het ISS is in totaal ongeveer zo groot als een voetbalveld. De grote zonnepanelen zorgen ervoor dat het ruimtestation helderder aan de hemel schittert dan de felste sterren. Met het blote oog, kan je het ISS zien als een heldere stip die met grote snelheid langs de hemel beweegt. Laat hen terugdenken aan het experiment dat ze uitvoerden. Op de tekening van het besluit, kunnen ze zien dat op bepaalde momenten het ISS nog door de zon beschenen wordt, terwijl het op dezelfde plaats op aarde al nacht is.
7.3.2 Achtergrondinfo Waar begint de ruimte? Zoals de ISS-bewoners vanuit de ruimte kunnen zien, is de atmosfeer maar een heel dun laagje omheen de aarde. Maar waar de ruimte precies begint, daarover verschillen de meningen. Op zo’n 10 kilometer hoogte is er te weinig lucht om nog te kunnen ademen zonder hulpmiddelen. Je hebt er Extra zuurstof nodig. Op tachtig kilometer hoogte is er zo weinig lucht, dat vliegtuigen er niet meer kunnen vliegen. Dichter bij de aarde worden hun vleugels ‘gedragen door de lucht’. Volgens de NASA ben je pas een astronaut als je ooit hoger dan 80 kilometer boven de aarde bent geweest. Op 200 kilometer boven de aarde is er nagenoeg geen lucht meer. Je kan er zonder al te veel moeite in een baan om de aarde blijven. Vanaf daar kan je satellieten tegenkomen. Maar tot op 700 kilometer hoogte houdt de dampkring pas echt op. Hoe laat is het in het ISS? In het ISS gaat de zon om de 1,5 uur op en onder. Maar dat betekent niet dat astronauten om de 90 minuten weer in hun bed kruipen. Tijdens hun missie in het ISS gebruiken astronauten de ‘Greenwich Mean Time’, een standaardtijd. In België is het in de winter een uur later dan die GMT, in de zomer is het twee uur later. ‘s Nachts bedekken de astronauten hun ramen opdat ze makkelijker zouden kunnen slapen. Wanneer de ISS-bewoners bezoek krijgen, passen ze hun tijd aan aan de tijdszone van de bezoe-
64
kers. Als die bijvoorbeeld op Cape Canaveral in Florida vertrokken zijn, gebruiken ze in het ISS een tijdlang de tijdszone die in Florida heerst. Weetje: Waarom gaan alle satellieten van west naar oost? Raketten worden meestal afgeschoten naar het oosten omdat ook de aarde naar het oosten draait. Op die manier krijgt de raket al een initiële snelheid in de juiste richting mee. Meestal worden de raketten ook nabij de evenaar afgeschoten. Een punt op de evenaar, draait aan zo’n 1700 km/u rond de aarde. Die 1.700 km/u die de raket al heeft op het ogenblik van lanceren, zorgt voor een behoorlijke reductie in brandstofkost. Wanneer kan je het ISS zien? Het ISS mag zich dan wel in de ruimte bevinden, eigenlijk is het dichterbij dan je denkt. Het vliegt met een snelheid van bijna 28.000 kilometer per uur op een afstand van zo’n 350 kilometer rond de aarde. Op die manier duurt één aardomwenteling ongeveer 90 minuten. Door zijn grote afmetingen reflecteert het voldoende licht om het ‘s avonds van op de aarde te kunnen zien. Meer nog, de diverse zonnepanelen zorgen ervoor dat het ruimtestation helderder aan de hemel schittert dan de felste sterren. Met het blote oog, kan je het ISS zien als een heldere stip die met grote snelheid langs de hemel beweegt. Maar dat lukt niet elke nacht. Het ISS vliegt immers niet telkens over hetzelfde deel van de aarde. Wanneer het ISS na 90 minuten één omwenteling gemaakt heeft, is de aarde alweer een klein stukje verder gedraaid. Bovendien lukt het alleen als de nacht nog maar net gevallen is. Omdat de aarde bolvormig is, kan de zon dan nog op het ISS schijnen terwijl wij al in duisternis gehuld zijn.
65
7.4 Antwoordkaart A Bekijk het filmpje ‘Kwetsbare aarde’. Een van de favoriete bezigheden van de bewoners van het internationaal ruimtestation, is kijken naar de aarde. Kan je, volgens jou, van op de aarde het ISS zien? Kleur het bolletje bij het antwoord naar jouw keuze. Alle antwoorden zijn goed Waarom denk jij dat je het ISS van op de aarde wel/niet kan zien? Overleg met je klasgenoten. Alle antwoorden zijn goed B Het ISS vliegt in een baan omheen de aarde. Die baan heeft een aantal eigenschappen. Zoek op het internet de antwoorden op volgende vragen. Verbind de vragen met het juiste antwoord. Hoe hoog vliegt het ISS ongeveer boven het aardoppervlak (in km)? Hoe snel vliegt het ISS ongeveer (in km/u)? In hoeveel tijd legt het ISS één rondje omheen de aarde af (in uur)? Hoe vaak zien astronauten in het ISS elke dag de zon op- en ondergaan?
1,5 16 28 000 400
C Als je weet dat de straal van de aarde gelijk is aan 6.370 km, hoe lang is dan de baan van het ISS? - Bereken eerst de straal van de cirkel die het ISS omheen de aarde beschrijft. r = straal aarde + hoogte ISS = 6.770 km - Geef de formule voor de omtrek van een cirkel omtrek = 2.π.r - Hoe lang is dan de baan die het ISS omheen de aarde maakt? omtrek baan ISS = 2. π.6.770 km = 42.537 km - Controleer of je het juist hebt. Deel de lengte van ISS-baan door de tijd dat het ISS nodig heeft voor één rondje omheen de aarde. Je bekomt nu de snelheid van het ISS. • Wat is die snelheid? v = omtrek baan ISS/1,5 u = 42.537 km / 1,5 u = 28.358 km/u • Komt die overeen met wat je in B opzocht? ja D Voer het experiment ‘Dag en nacht in het ISS’ uit. Teken ook de baan van het ISS, zoals aangegeven op de Doe-kaart. Antwoorden Doe-kaart: • Aan welke kant van de aarde is het dag? De voorkant van de leerling • Aan welke kant van de aarde is het nacht? De achterkant van de leerling De zon blijft stilstaan, de aarde draait om haar eigen as. De leerling die de aarde speelt draait een kwartslag naar links. • Waar is het nu dag? De rechterkant van de leerling • En waar is het nacht? De linkerkant van de leerling • Wanneer is het dag in het ISS? Als het ISS de zon kan zien • Wanneer is het nacht in het ISS? Als de aarde tussen het ISS en de zon staat
66
dag Besluit
dag
dag
nacht
nacht
Extra: De baan van het ISS dag - Teken een cirkel die de aarde voorstelt. - Teken de evenaar: trek een horizontale lijn door het midden van de aarde. - Teken een meridiaan: trek een verticale lijn door het midden van de aarde, loodrecht op de evenaar. - Duid op de tekening de vier windrichtingen aan. - Teken nu de baan van het ISS: trek een lijn door het midden van de aarde, die een hoek van 51,6° maakt met de evenaar. Het ISS vliegt van west naar oost. Duid die richting aan met een pijl. E Surf naar de website www.heavens-above.com/. Waar bevindt het ISS zich nu (de wereldkaart op de site toont de huidige positie van het ISS)? Verschillende antwoorden mogelijk Druk nu op de link ‘select from map’. Zoom in en navigeer naar jouw woonplaats. Klik onderaan op ‘submit’ om je keuze te bevestigen. Klik nu onder de titel ‘Satellites’ op ‘ISS’. Je krijgt een tabel te zien met de tijdstippen waarop het ISS boven jouw woonplaats te zien zal zijn. Wat valt op? Kleur het bolletje bij het juiste antwoord. het ISS is alleen te zien vlak na zonsondergang of vlak voor zonsopgang F Besluit: Wanneer kan je het ISS zien? Denk logisch na over de voorwaarden waaraan het ISS moet voldoen, opdat je het van op de aarde zou kunnen zien. Schrap wat niet past: Door zijn grote afmetingen reflecteert het ISS geen/wel licht van de zon, dat hier op aarde zichtbaar is. Daarom ziet het ruimtestation eruit als een heldere ster/donkere vogel. Je kan het ISS dan ook alleen zien wanneer het donker/licht is. Bovendien moet er op dat moment wel/geen zonlicht vallen op het ISS. Dat kan alleen wanneer het dag/nacht is voor de bewoners van het ISS en het tegelijkertijd dag/nacht is in jouw woonplaats. Je kan het ISS dus enkel overdag/bij het vallen van de avond en voor het opkomen van de zon /midden in de nacht zien.
67
Dit educatief pakket kan gebruikt worden om volgende eindtermen te bereiken:
Eindtermen aardrijkskunde 1
Landschap en kaart
De leerlingen kunnen 2 kaarten en plattegronden lezen door gebruik te maken van legende, schaal en oriëntatie.
Eindtermen natuurwetenschappen of fysica en/of biologie en/of wetenschappelijk werk (tot en met schooljaar 2009 - 2010) De leerlingen kunnen 1. kenmerken van een levend wezen verduidelijken. 8. het belang van de stofwisseling beschrijven voor de instandhouding van het menselijk lichaam en verduidelijken dat het opnemen, het transport en de verwerking van voedingsstoffen en zuurstofgas hierbij een belangrijke rol spelen. 9. de bouw en de werking van het spijsverteringsstelsel, het ademhalingsstelsel, het bloed, de bloedsomloop en het uitscheidingsstelsel bij de mens toelichten en hun onderlinge samenhang bespreken. 12. elementen geven van de werking van het bewegingsapparaat en aan de hand van voorbeelden het effect van bepaalde houdingen en bewegingen op de goede ontwikkeling van het geraamte en het spierstelsel illustreren. 17. met voorbeelden illustreren dat de omgeving het voorkomen van levende wezens beïnvloedt en omgekeerd. 18. met voorbeelden illustreren dat levende wezens aangepast zijn aan hun omgeving. 21. eenvoudige grafische voorstellingen en tabellen interpreteren.
Eindtermen natuurwetenschappen of fysica en/of biologie en/of wetenschappelijk werk (vanaf schooljaar 2010 - 2011) De leerlingen kunnen
1
Systemen 2. bij de mens de bouw, de werking en de onderlinge samenhang van het spijsverteringsstelsel, het ademhalingsstelsel, het bloed, de bloedsomloop en het uitscheidingsstelsel beschrijven. 6. Met concrete voorbeelden aangeven dat organismen op verschillende manieren aangepast zijn aan hun omgeving. 8. In concrete voorbeelden aantonen dat de omgeving het voorkomen van levende wezens beïnvloedt en omgekeerd.
68
2
Interactie 10. in concrete voorbeelden aantonen dat er verschillende soorten krachten kunnen voorkomen tussen voorwerpen en dat een kracht de vorm of de snelheid van een voorwerp kan veranderen. 15. zichtbare en onzichtbare straling in verband brengen met verschijnselen en toepassingen uit het dagelijks leven.
5
Wetenschappelijke vaardigheden 20. onder begeleiding, een natuurwetenschappelijk probleem herleiden tot een onderzoeksvraag, en een hypothese of verwachting over deze vraag formuleren. 21. onder begeleiding, bij een onderzoeksvraag gegevens verzamelen en volgens een voorgeschreven werkwijze een experiment, een meting of een terreinwaarneming uitvoeren. 24. onder begeleiding resultaten uit een experiment, een meting of een terreinstudie weergeven. Dit kan gebeuren in woorden, in tabel of grafiek, door aan te duiden op een figuur of door te schetsen. De leerlingen gebruiken daarbij de correcte namen en symbolen.
Eindtermen wiskunde
1.1.2 Getallenleer: Procedures De leerlingen 7. voeren de hoofdbewerkingen (optelling, aftrekking, vermenigvuldiging en deling) correct uit in de verzamelingen van de natuurlijke, de gehele en de rationale getallen.
1.3.1 Meetkunde: Begripsvorming - Feitenkennis De leerlingen 26. kennen en gebruiken de meetkundige begrippen diagonaal, bissectrice, hoogtelijn, middelloodlijn, straal, middellijn, overstaande hoeken, nevenhoeken, aanliggende hoeken, middelpuntshoeken.
1.3.2 Meetkunde: Procedures De leerlingen 32. kiezen geschikte eenheden en instrumenten om afstanden en hoeken te meten of te construeren met de gewenste nauwkeurigheid. 34. berekenen de omtrek en oppervlakte van driehoek, vierhoek en cirkel en de oppervlakte en het volume van kubus, balk en cilinder.
69
Eindtermen technologische opvoeding (tot en met schooljaar 2009 – 2010) 1
Kennismaken met techniek en erover reflecteren
De leerlingen 1. situeren enkele grote stappen van de technische ontwikkeling van werktuigen, materialen, technische systemen en het gebruik ervan in tijd en ruimte. 2. sommen enkele gevolgen op van de technische evolutie en van nieuwe technologieën op de leefomstandigheden en de leefwereld van de mens, ook in andere cultuurgebieden. 5. geven voorbeelden van milieu-effecten van recycleren, hergebruiken en wegwerpen. 7. kennen in een concrete toepassing de gebruikte materialen 8. maken kennis met de activiteiten van technische beroepsbeoefenaars, zowel mannen als vrouwen.
2
Planmatig werken en attitudes aannemen De leerlingen 11. raadplegen een handleiding, plan of schema. 12*. leren systematisch te werk gaan bij het uitvoeren van een technische opdracht. 13*. leren zorgzaam en economisch omgaan met gereedschappen, toestellen, materialen en werkstukken.
4
Enkele technische basisvaardigheden beheersen De leerlingen 31. gebruiken voor een eenvoudig praktisch werkstuk het gepaste gereedschap.
Eindtermen techniek (vanaf schooljaar 2010-2011) 1 Kerncomponenten techniek
De leerlingen kunnen 6. in concrete voorbeelden uit techniek het nut, aantonen van de gebruikte hulpmiddelen zoals gereedschappen, machines, grondstoffen, materialen, energie, informatie, menselijke inzet, geldmiddelen, tijd; 10. technische systemen, het technisch proces, hulpmiddelen en keuzen herkennen in verschillende toepassingsgebieden uit de wereld van techniek waaronder energie, informatie en communicatie, constructie, transport en biochemie.
2 Techniek als menselijke activiteit De leerlingen kunnen 13. een gegeven of eigen ontwerp planmatig uitvoeren met oog voor vereisten van kwaliteit, veiligheid, ergonomie en milieu; 15. een technisch systeem evalueren op basis van vooraf bepaalde normen en criteria en hieruit conclusies trekken om het technisch proces te optimaliseren; 17. hulpmiddelen kiezen en inzetten in functie van het doel en het gebruik;
70
3 Techniek en samenleving De leerlingen kunnen 23. voorbeelden geven van maatschappelijke keuzen die bepalend zijn voor de ontwikkeling en het gebruik van nieuwe technische systemen; 25. in concrete voorbeelden aangeven dat technische systemen variëren in de tijd en ruimte;
Eindtermen Nederlands 3
Lezen
9. De leerlingen kunnen de volgende tekstsoorten voor leeftijdsgenoten lezen (verwerkingsniveau: structureren): • Schema’s en tabellen • De ondertiteling bij informatieve en ontspannende televisieprogramma’s. • Studieteksten; • Fictionele teksten.
4
Schrijven 14. De leerlingen kunnen voor hun leeftijd bestemde formulieren invullen.
Vakoverschrijdende eindtermen milieueducatie 1
Lucht, water en bodem
De leerlingen 1. kunnen voorbeelden geven van oorzaken van lucht-, water- of bodemverontreiniging en de gevolgen aangeven voor mens, plant en dier in de eigen leefomgeving. 2. kunnen voorstellen formuleren om in de eigen leefomgeving de kwaliteit van lucht, water of bodem te behouden of te verbeteren. 3. gaan zorgzaam om met lucht, water en bodem in de eigen leefomgeving.
2
Samenleving en ruimtegebruik De leerlingen 7. kunnen enkele kenmerken van de relatie mens-milieu beschrijven in samenlevingsvormen in tijd en/of ruimte
71
Vakoverschrijdende eindtermen leren leren 1
Het domein van de uitvoering
De leerlingen kunnen 3. samenhangende informatie inhoudelijk begrijpen en analyseren door de betekenis van woorden, begrippen en zinnen, waar mogelijk, uit de context af te leiden. 5. bij het leren van samenhangende informatie verdiepend werken: • vragen stellen bij de leerstof en deze vragen beantwoorden; • in korte, goed gestructureerde teksten tekstmarkeringen aanbrengen; • een schema vervolledigen aan de hand van geboden informatie; • verbanden leggen tussen elementen van de leerstof. 6. bij het oplossen van een probleem: • het probleem herformuleren; • onder begeleiding een oplossingsweg bedenken en verwoorden; • de gevonden oplossingsweg toepassen en op correctheid inschatten. 7. informatiebronnen adequaat raadplegen: • inhoudstafel en register gebruiken • elementen uit audiovisuele en geschreven media gebruiken; • een documentatiecentrum of een bibliotheek raadplegen.
2
Het domein van de regulering De leerlingen kunnen 9. Zichzelf sturen met behulp van een antwoordblad, een correctiesleutel, de aanwijzingen van de leraar of de lesdoelstellingen.
* De attitudes werden met een asterisk (*) aangeduid.
72
Fietsen op een kabel op 5 meter hoogte? Zelf een vliegtuig aan de grond zetten? In een superzeepbel staan? Een dutje doen op een spijkerbed? ... Je kunt het zo gek niet bedenken of je beleeft het in Technopolis®, het Vlaamse doe-centrum voor wetenschap en technologie. Technopolis® is geen gewoon museum, maar een doe-centrum, waar je je uitleeft in meer dan 280 experimenten. Kinderen tussen 4 en 8 jaar kunnen zich uitleven in het Kinder-doe-centrum, waar 90 bijkomende interactieve opstellingen werden aangebracht op kindermaat en aangepast aan hun leefwereld. En in de Doe-tuin kun je zelfs in openlucht experimenteren. Je mag hier overal je neus insteken: je voelt, probeert en experimenteert zelf. Zo begrijp je de dingen beter en sneller en leer je op een toffe en spannende manier iets bij over wetenschap en technologie. Je zult merken dat wetenschap allesbehalve saai is! Spannende shows en toffe demo’s maken je bezoek aan Technopolis® extra leuk. Edutainers, Technopolis® medewerkers, laten je tijdens zo’n show of demo op een leuke manier kennismaken met wetenschap. Zo kun je bijvoorbeeld je haren rechtop laten zetten aan de Van de Graaff-generator. Niet met gel of haarlak maar ... met elektriciteit! Regelmatig staan er nieuwe shows en demo’s op het programma. Technopolis® trekt er ook regelmatig op uit! Kinderhappenings, beurzen, evenementen voor het grote publiek ... Afhankelijk van het soort evenement, zijn we aanwezig met een stand, een wetenschappelijke doe-hoek, opstellingen met experimenten, de TechnoVelo® of de wetenschapstruck MysteriX®. Voor scholen heeft Technopolis® een uitgebreid educatief aanbod. Educatieve pakketten en werkboekjes, educatieve parcours, wetenschapstheater, een wetenschapstruck ... Leerkrachten uit zowel het basis- als het secundair onderwijs gebruiken het educatief materiaal van Technopolis® om de wetenschappelijke of technologische lessen aantrekkelijker te maken. Op www.technopolis.be vind je gratis downloadbaar educatief materiaal en meer informatie over het educatieve aanbod van Technopolis®. Wil je nog meer experimenteren? Neem dan een kijkje op www.experimenteer.be. Je vindt er heel wat leuke proefjes die je thuis of in de klas zelf kunt doen. Meer info? Surf naar www.technopolis.be of bel: 015 / 34 20 00. Technopolis®, Technologielaan, 2800 Mechelen
73
