een eigen hypothese formuleren een fysisch verschijnsel of proces met behulp van een model voorstellen of uitleggen

de wetten van Newton

DE WETTEN VAN NEWTON De drie lessen ‘Bewegen of stilstaan’, ‘Trager of sneller’ en ‘Actie en reactie’ bevatten een reeks eenvoudige observatie- en denkoefeningen aan de hand waarvan de leerlingen zich respectievelijk de eerste, tweede en derde wet van Newton eigen kunnen maken, verschillende soorten krachten en het verschil tussen kracht en snelheid leren onderscheiden. Via een historisch uitstapje in de eerste les krijgen ze zicht op de ontwikkeling van het denken over beweging. Aan het eind van de derde les passen de leerlingen de drie wetten toe op een aantal meer samengestelde situaties en leren ze om een abstracte voorstelling te maken van het geheel van krachten dat op een voorwerp in kan werken. Afhankelijk van de richting en het bijbehorende leerplan kan de leerkracht na deze lessen verder werken aan een meer formele uitwerking van de wetten: de eenheid van kracht en de berekeningen daarmee.

Doelstellingen de leerlingen kunnen: onderzoekend leren • •

een eigen hypothese formuleren een fysisch verschijnsel of proces met behulp van een model voorstellen of uitleggen

wetenschap en samenleving •

voorbeelden geven van mijlpalen in de historische en conceptuele ontwikkeling van de natuurwetenschappen en ze in een tijdskader plaatsen

vakgebonden • •

een kracht als oorzaak van verandering van de bewegingstoestand van een voorwerp in een concrete situatie herkennen een verandering van bewegingstoestand toeschrijven aan de werking van een kracht

Leerinhouden • • •

definitie van een kracht door zijn statische en dynamische werking soorten krachten in het dagelijks leven kracht als wisselwerking: actie en reactie

1

de wetten van Newton

Beginsituatie de leerlingen: • • • •

kennen de werking van de zwaartekracht hebben noties van luchtweerstand en wrijving kunnen een onderscheid maken tussen massa en gewicht weten wat in de fysica met een wet wordt bedoeld

2

bewegen of stilstaan ● lesopzet

BEWEGEN OF STILSTAAN Inhoud De leerlingen beoordelen situaties uit het dagelijks leven en proberen uit te maken hoe het komt dat objecten stilstaan, bewegen en tot stilstand komen. Ze stellen een hypothese op over de krachten die daarbij een rol spelen en proberen daaruit algemene regels te destilleren voor stilstand en beweging. Vervolgens toetsen ze hun hypothese aan de theorieën van Aristoteles en aan de eerste wet van Newton.

Lesschema

fase

werkvorm

activiteit

materiaal

1

klassikaal

de leerkracht maakt met de leerlingen een denkschema rond het fenomeen beweging

2

per twee

de leerlingen beschrijven en verklaren naar werkblad 1 aanleiding van een krantenbericht het verloop van een verkeersongeval

3

per twee of vier

de leerlingen doen een reeks proefjes waarbij ze bewegingen observeren en de soort en richting van inwerkende krachten proberen te identificeren en/of de leerlingen doen botsproeven

4

per twee of drie

de leerlingen proberen algemene regels op werkblad 2 te stellen voor de beweging van voorwerpen

5

per twee of vier

de leerlingen lezen een verhaal over werkblad 3 Aristoteles en Newton, vergelijken hun werkblad 1 werkmethode en theorieën over beweging, en gaan na of de eerste wet van Newton voor alle geobserveerde proeven geldt de leerlingen koppelen de opgedane kennis terug naar het voorbeeld van het verkeersongeval

6

klassikaal

de leerkracht controleert of de eerste wet van Newton duidelijk is geworden en evalueert het denkproces van de les

3

werkblad 2 proefopstellingen


Lesverloop Fase 1 Mind mapping Begin de les met een kort klassengesprek om erachter te komen welke ideeën leerlingen reeds hebben over beweging en welke krachten ze kennen. Gebruik hiervoor de werkwijze van mind mapping. Laat de leerlingen alle begrippen opnoemen die met bewegen te maken hebben en probeer die samen met hen in een schema onder te brengen waarbij begrippen die bij elkaar horen worden gesorteerd, oorzaak en gevolg en tegengestelde begrippen van elkaar worden onderscheiden. Wanneer de leerlingen reeds enige ervaring hebben met mind mapping, dan kunnen ze dit ook individueel of in groepjes doen. Fase 2 Hypothese opstellen Verdeel de leerlingen in paren en geef ze werkblad 1 met het krantenbericht over het auto-ongeluk van de goudvis. Vraag hen om samen aan de hand van de vragen op het werkblad te bespreken wat er nu precies met de vis is voorgevallen. Ze moeten de vragen beantwoorden op basis van wat ze zelf weten over verkeersongevallen. Bespreek de antwoorden klassikaal. Corrigeer de leerlingen nog niet, maar vraag hen wel steeds om hun antwoorden uit te leggen. Wat bedoelen ze met opmerkingen als ‘door de kracht van de botsing vloog de vis verder’ of ‘de vis kreeg snelheid door de botsing’? Waar kwam die kracht vandaan of wat gaf snelheid aan de vis?’ Ging de vis daardoor sneller dan voor het ongeluk of juist niet? Wat was er gebeurd als de auto harder had gereden? En wat wanneer het regenachtig weer was geweest? Sluit deze fase af door vast te stellen dat er blijkbaar verschillende opvattingen zijn en het nog niet duidelijk is wie er eigenlijk gelijk heeft. Vraag de leerlingen hoe ze erachter zouden kunnen komen wat de juiste opvatting is en leidt ze via die vraag naar de volgende fase: een reeks proefjes waarin verschillende soorten bewegingen worden geobserveerd. Fase 3 Hypothese verifiëren Deel werkblad 2 uit en laat - afhankelijk van de grootte van de groep en de mogelijkheden in het lokaal - de leerlingen in twee- of viertallen werken. Zet het materiaal voor de proefjes van te voren klaar of verdeel het onder de groepjes en laat ze zelf een geschikte plaats uitzoeken. Laat de groepjes rouleren om de verschillende proeven uit te voeren en de vragen daarover te beantwoorden. Bespreek de resultaten. Bediscussieer alle proefjes met de leerlingen en maak wat ze zeggen of wat je zelf uitlegt aanschouwelijk door tekeningen te maken. Stel de krachten steeds voor aan de hand van pijlen die de richting van een kracht

4


aangeven, zodat de leerlingen gewend raken aan de formele voorstelling van krachten. Alternatief: Naast of in plaats van de proefjes op werkblad 2 kan ook gewerkt worden met een opzet waarbij de leerlingen zelf proeven uitdenken die in het verlengde liggen van het vraagstuk op werkblad 1. Vraag de leerlingen hoe je er achter kan komen wat er precies gebeurt bij een auto-ongeluk. Stuur ze in de richting van het doen van botsproeven en stel voor die proeven in de klas te doen met een proefopstelling in miniatuur: een klein wagentje, een pingpongballetje als passagier en wat materiaal om een botsing en verschillende soorten wegdek te simuleren. Geef elk groepje een speelgoedwagentje, een pingpongballetje, tape, een balkje met dezelfde hoogte als het wagentje, twee plankjes en een ruwe handdoek. Vraag de groepjes eerst samen na te denken over verschillende proeven die ze daarmee kunnen doen. Loop ondertussen rond en stel vragen om leerlingen die er niet uitkomen, op weg te helpen. (Op welke verschillende manieren kun je de pingpongbal in beweging krijgen, laten botsen, laten neerkomen?) Bespreek de voorstellen met de leerlingen en begeleid een goede selectie uit de proeven die ze zullen gaan uitvoeren. Schrijf deze proeven op het bord. Bijvoorbeeld: 1. 2. 3. 4.

het wagentje dat een duw krijgt en op het balkje afrijdt het wagentje dat van een hellend plankje op het balkje afrijdt hetzelfde als 2 maar nu met het balletje vastgemaakt met tape hetzelfde als 2 maar met een rechtopstaand plankje op enige afstand van het balkje 5. hetzelfde als 2 maar nu met een handdoek als ondergrond achter het balkje 6. hetzelfde als 2 maar nu aan de rand van een schoolbank Fase 4 Constructie theorie Vraag de leerlingen om opdracht 2 en 3 op werkblad 2 uit te voeren: ze moeten op basis van hun bevindingen in de proefjes algemene regels opstellen over de werking van krachten bij beweging en stilstand. Bespreek de antwoorden en probeer met de leerlingen tot algemene conclusies te komen aan de hand van de vier vragen uit de opdracht: • • • •

Waarom komt een voorwerp in beweging? (Door één of andere kracht) Hoe blijft een voorwerp in beweging (Wanneer het nergens door wordt tegengehouden of doordat er geen andere kracht op wordt uitgeoefend) In welke richting gaat iets dat beweegt? (In een rechte lijn) Hoe komt iets tot stilstand? (Doordat er een kracht op inwerkt)

5


Met name de tweede vraag kan problemen opleveren. Gebruik de resultaten van proef 1, 7 en 8 om duidelijk te maken dat er geen stuwende kracht nodig is om een voorwerp in beweging te houden en dat een voorwerp waarop een kracht is uitgeoefend geen kracht ‘heeft’ maar snelheid. Leg de leerlingen nog enkele eenvoudige voorbeelden voor om dit duidelijk te maken. Wat gebeurt er wanneer je in een auto rijdt en de motor valt plotseling stil? Wat gebeurt er wanneer je aan het fietsen bent en je stopt met trappen? Wat gebeurt er wanneer je een winkelwagentje een duw geeft en loslaat? Overloop tenslotte opdracht 3 en controleer of de leerlingen in staat zijn de verschillende soorten krachten te onderscheiden. Fase 5 Vaststelling en terugkoppeling theorie De leerlingen hebben nu voldoende zelf geobserveerd en nagedacht om hun ideeën te confronteren met de theorie. Laat ze in dezelfde groepjes de teksten over Aristoteles en Newton lezen op werkblad 3 waaruit de verschillen in methode tussen die twee geleerden (respectievelijk observeren van de werkelijkheid, doen van proefjes) naar voren komen en wat ze over beweging dachten. De leerlingen moeten samen drie vragen van opdracht 3 bespreken: met welke manier van werken in de les (reconstructie ongeluk op basis van eigen kennis en doen van proefjes) komen de methodes van Aristoteles en Newton overeen? Wat zijn de verschillen tussen de theorie van Aristoteles en die van Newton? Waar ben je het zelf mee eens? Vraag de leerlingen vervolgens de eerste wet van Newton te vergelijken met de resultaten van hun proeven (opdracht 2 en 3). Klopt die wet in alle gevallen en zijn er in de proeven duidelijke voorbeelden te vinden van traagheid of inertie, van voorwerpen die tegenzin hebben om te bewegen? Bespreek de antwoorden en probeer aan de hand daarvan er achter te komen of de leerlingen de eerste wet echt goed hebben begrepen en in alle gevallen kunnen toepassen. Vraag of ze zelf ook voorbeelden van traagheid kennen. Wat gebeurt er met je wanneer de trein plotseling in beweging of tot stilstand komt? En wat met de koffie in een bekertje dat je vasthoudt? Leg er de nadruk op dat de eerste wet een model is dat je nooit in de werkelijkheid ziet. Het idee van de eeuwigdurende beweging gaat alleen op wanneer er geen zwaartekracht, wrijving of luchtweerstand is en dat komt op de aarde niet voor. Maar de wet is daarom niet minder waar of bruikbaar. Kom tenslotte terug op het eerste voorbeeld, het ongeval met de vis. Laat ze opnieuw de vragen beantwoorden en bespreek deze (opdracht 4).

6


Fase 6 Evaluatie denkproces Evalueer de les en vraag of de leerlingen over bepaalde zaken tijdens de les anders zijn gaan denken. Probeer het denkproces dat in de les heeft plaatsgevonden samen te vatten.

7

bewegen of stilstaan • werkblad 1

GOUDVIS OVERLEEFT AUTO-ONGELUK

In Engeland heeft een goudvis een zwaar auto-ongeluk overleefd. De wagen waarin hij werd getransporteerd, knalde op een lantaarnpaal en de goudvis werd uit zijn aquarium gekatapulteerd. De bestuurster van de auto droeg gelukkig een veiligheidsriem, maar ze moest wel door de politie uit de auto worden bevrijd en naar het ziekenhuis gebracht. Ondertussen lag de vis al ongeveer een kwartier te wachten voordat de agenten hem ontdekten bij het opruimen van de glasscherven. Ze dachten dat het visje gestorven was, maar toen een dokter de vis in een bakje met water legde, begon die weer rond te zwemmen. Inmiddels zijn het vier jaar oude visje, Bercy genaamd, en zijn eigenares, de 23-jarige Sophia Underhill, volledig van hun verwondingen hersteld.

Opdracht: Lees bovenstaand krantenbericht en beantwoord de vragen. Waardoor werd de vis uit de auto geslingerd? ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. In welke richting werd de vis weggeslingerd? 0 naar voren 0 naar achteren 0 naar rechts 0 naar links Met welke snelheid werd de vis weggeslingerd? 0 met de snelheid van de auto 0 met een hogere snelheid dan van de auto 0 met een lagere snelheid dan van de auto

8


Waardoor kwam de vis tenslotte tot stilstand? ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. .................................................................................................................................

9


Opdracht 1: Voer de onderstaande proeven uit, kijk goed wat er gebeurt en beantwoord dan de vragen. Doe elke proef twee of drie keer zodat je kunt controleren of de uitkomst elke keer hetzelfde is. PROEF 1 Zet het pingpongballetje in het wagentje. Maak van de plank een helling en van het houtblok een barrière. Laat het wagentje naar beneden rijden zonder ertegen te duwen of ermee te schuiven en observeer de pingpongbal. Waardoor komt de pingpongbal in beweging? 0 vanzelf 0 door een kracht, namelijk .......................................................................................... In welke richting gaat de pingpongbal na de botsing van het wagentje met de barrière? 0 rechtdoor 0 naar achteren 0 naar rechts 0 naar links PROEF 2 Neem het touwtje met het balletje. Slinger het rond en laat het dan los. Observeer de beweging van het balletje (Let wel op dat niemand geraakt kan worden). Door welke kracht beweegt het balletje? a) Wanneer je het vasthoudt ....................................................................................................................................... b) Wanneer je het loslaat .......................................................................................................................................

10


In welke richting gaat het balletje? a) Wanneer je het vasthoudt ....................................................................................................................................... b) Wanneer je het loslaat ....................................................................................................................................... PROEF 3 Vul het glas tot aan de rand met water. Schuif het eerst snel naar voren en daarna naar achteren. Observeer de beweging van het water. Welke richting gaat het water op? a) Wanneer je het glas snel naar voren schuift 0 naar voren 0 naar achteren b) Wanneer je het glas snel naar achteren schuift 0 naar voren 0 naar achteren PROEF 4 a) Gooi een bal in de lucht b) Laat de bal van een tafel rollen c) Gooi de bal tegen de muur (beoordeel de drie gevallen apart) Wanneer verandert de bal van richting? a) in de lucht ....................................................................................................................................... b) van de tafel .......................................................................................................................................

11


c) tegen de muur ....................................................................................................................................... Door welke kracht wordt die verandering veroorzaakt? a) in de lucht ....................................................................................................................................... b) van de tafel ....................................................................................................................................... c) tegen de muur ....................................................................................................................................... PROEF 5 Leg het kartonnetje op het glas en daarbovenop de euro. Trek nu snel het kartonnetje weg. Welke beweging maakt de euro? 0 geen 0 in de richting van het kartonnetje 0 in de andere richting Kun je dit verklaren? ....................................................................................................................................... PROEF 6 Bedenk zelf een proef om uit te testen hoe je een houtblok het makkelijkst over de tafel kunt schuiven. Gebruik de verschillende materialen (schuurpapier, olie, ...) bij de uitvoering van je test. Wanneer was de beweging het moeilijkst/makkelijkst? ....................................................................................................................................... Wat voor kracht heeft invloed op de beweging? ......................................................................................................................................

12


PROEF 7 Ga op het skateboard staan, zet af en laat je langzaam verder glijden Hoe kwam het skateboard in beweging? ....................................................................................................................................... Hoe bleef het skateboard in beweging? ....................................................................................................................................... Door welke kracht kwam het skateboard tot stilstand? ....................................................................................................................................... PROEF 8 Dit is geen echte proef maar een gedachtenexperiment. Stel je voor dat een astronaut vanuit een ruimteschip een bal de ruimte ingooit Waardoor komt de bal in beweging? ..................................................................................................................................... Welke richting gaat de bal op? ....................................................................................................................................... Waardoor blijft de bal in beweging? ....................................................................................................................................... Waardoor komt de bal tot stilstand? .......................................................................................................................................

13


Opdracht 2: Probeer nu algemene conclusies uit je observaties te trekken. Kijk steeds na wat je op een vergelijkbare vraag hebt geantwoord bij je proefjes. Waardoor komt een voorwerp in beweging? ....................................................................................................................................... Hoe blijft een voorwerp in beweging? ....................................................................................................................................... In welke richting gaat iets dat beweegt? ....................................................................................................................................... Hoe verandert een voorwerp van richting? ....................................................................................................................................... Hoe komt iets tot stilstand? .......................................................................................................................................

Opdracht 3: Overloop nog eens al je proefjes en maak een overzicht van de verschillende krachten die op een voorwerp kunnen inwerken: ........................................................... ........................................................... ........................................................... ........................................................... ........................................................... ...........................................................

14

trager of sneller • werkblad 3

Opdracht 1: Wetenschappers hebben in de loop der tijd verschillende theorieën over de oorzaak van beweging en stilstand gehad. Voor een deel had dat te maken met de manier waarop ze hun onderzoek uitvoerden. Hieronder kun je lezen hoe twee van de belangrijkste geleerden uit de geschiedenis, Aristoteles en Newton, over beweging dachten. Beoordeel hun werkmethode en ideeën en beantwoord dan de vragen.

DE THEORIE VAN ARISTOTELES De filosoof Aristoteles, die leefde in Griekenland van 384 tot 322 voor Christus, vond dat je om de wereld te kunnen begrijpen, goed naar dingen of gebeurtenissen moest kijken en erover nadenken. Dat lijkt misschien vanzelfsprekend, maar dat was het toen niet. In de tijd van Aristoteles werd er door geleerden vooral veel naar de sterren getuurd, omdat men dacht dat de gebeurtenissen op de aarde te verklaren waren uit de stand van de sterren en de beweging van de planeten. Aristoteles was één van de eerste geleerden die de natuur bestudeerde. Hij observeerde en vergeleek honderden dieren en planten en probeerde een logische verklaring te vinden voor hun uiterlijk en gedrag. Aristoteles keek niet alleen naar levende wezens, maar hij probeerde ook allerlei verschijnselen te verklaren aan de hand van wat hij in de natuur zag. Waarom het regent, waarom een steen altijd naar beneden valt enzovoort. Aristoteles schreef zijn ideeën op in een hele reeks boeken die samen een soort encyclopedie van de wereld vormen. Eén van die boeken gaat over fysica. Daarin schreef hij ook over bewegen. Zijn theorie daarover komt in het kort op het volgende neer: -

Een voorwerp beweegt of staat stil, er is geen andere toestand voor een voorwerp mogelijk. Elk voorwerp dat beweegt moet door iets worden bewogen, voor elke beweging is er een beweger. Een voorwerp komt uiteindelijk altijd tot stilstand, omdat het terug wil naar zijn oorspronkelijke toestand.

15


DE WETTEN VAN NEWTON De theorieën van Aristoteles zijn eeuwenlang gebruikt door wetenschappers en in het onderwijs. Aristoteles was zo’n autoriteit dat bijna niemand twijfelde aan de waarheid van wat hij had geschreven. Pas in de zeventiende eeuw kwam daar verandering in. Toen beperkten wetenschappers zich niet langer tot het observeren van de wereld, maar ze gingen ook allerlei proefjes doen. Bekende geleerden uit die tijd waren Johannes Kepler, Galileo Galilei en Isaac Newton. Newton, een Britse wetenschapper die leefde van 1642 tot 1727, bedacht niet alleen de wet van de zwaartekracht maar ook drie eenvoudige wetten waarmee hij elke beweging of stilstand van een voorwerp kon verklaren. Voor de eerste wet maakte hij gebruik van de kennis van Galilei die al had ontdekt dat een knikker eindeloos door zou rollen wanneer die niet door wrijving werd tegengehouden. Daarmee was Galilei de eerste die inging tegen de theorie van Aristoteles die immers stelde dat elk voorwerp uiteindelijk tot stilstand komt. De eerste wet die Newton opstelde, noemde hij het traagheidsbeginsel. Volgens hem bezit elk voorwerp een zekere traagheid, een soort tegenzin als het ware om van bewegingstoestand te veranderen. Elk stilstaand voorwerp, zegt Newton, blijft stilstaan zolang er geen kracht op inwerkt die het in beweging brengt. Bovendien blijft elk bewegend voorwerp op dezelfde manier (met dezelfde snelheid en in dezelfde richting) bewegen, tenzij een andere kracht daar verandering in brengt. Vreemd genoeg had niemand anders dit eerder bedacht, integendeel, voorheen waren wetenschappers ervan overtuigd dat er een stuwende kracht nodig was om voorwerpen blijvend in beweging te houden. Niemand vóór Newton begreep dat het precies de afwezigheid van kracht is die een eeuwige en constante beweging kan verklaren. De eerste wet van Newton luidt kortweg als volgt: -

Een voorwerp dat in rust is, blijft in rust, totdat er een kracht op wordt uitgeoefend Een voorwerp dat in beweging is, zal zich blijven voortbewegen in een rechte lijn, totdat er een kracht op wordt uitgeoefend.

16


Vragen:

1

Wat zijn de verschillen in de methode van onderzoek van Aristoteles en Newton?

....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 2

Kun je hun methodes vergelijken met je eigen onderzoek op werkblad 1 en 2 in de les?

werkblad 1 komt overeen met de methode van: 0 Aristoteles 0 Newton Leg uit waarom. ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... werkblad 2 komt overeen met methode van: 0 Aristoteles 0 Newton Leg uit waarom. ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... .......................................................................................................................................

17


3

Wat zijn de verschillen tussen de theorie over beweging van Aristoteles en Newton?

....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... Ben je het eens met Aristoteles of met Newton? 0 met Aristoteles 0 met Newton Leg uit waarom. ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... .......................................................................................................................................

Opdracht 2: Vergelijk de eerste wet van Newton met de resultaten van je proeven en beoordeel voor elk geval of de wet klopt.

Komt het voorwerp in beweging door een kracht? Proef 1 JA/NEE Proef 2 JA/NEE Proef 3 JA/NEE Proef 4 JA/NEE Proef 5 JA/NEE Proef 6 JA/NEE Proef 7 JA/NEE

18


Beweegt het voorwerp in een rechte lijn tot er een kracht op wordt uitgeoefend? Proef 1 JA/NEE Proef 2 JA/NEE Proef 3 JA/NEE Proef 4 JA/NEE Proef 5 JA/NEE Proef 6 JA/NEE Proef 7 JA/NEE

Opdracht 3: Zoals je hebt kunnen lezen, heet de eerste wet ook wel de traagheidswet. Heb je die traagheid ofwel tegenzin om te bewegen in een van de proeven opgemerkt? Welke? Proef/proeven nr. .................................... Leg uit wat je bij die proef of proeven hebt gezien. ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... .......................................................................................................................................

Opdracht 4: Beantwoord opnieuw de vragen van werkblad 1 en gebruik hierbij de kennis die je in deze les hebt opgedaan.

Waardoor werd de vis uit de auto geslingerd? ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... In welke richting werd de vis weggeslingerd? 0 naar voren 0 naar achteren 0 naar rechts 0 naar links

19


Met welke snelheid werd de vis weggeslingerd? 0 met de snelheid van de auto 0 met een hogere snelheid dan van de auto 0 met een langere snelheid dan van de auto Waardoor kwam de vis tenslotte tot stilstand? ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... .......................................................................................................................................

20


TRAGER OF SNELLER Inhoud De leerlingen beoordelen een aantal situaties waarbij bewegingen beïnvloed worden door een verschil in massa. Ze proberen te voorspellen wat er zal gebeuren en stellen een hypothese op over de invloed van massa bij een beweging. Deze hypothese toetsen ze aan de resultaten van een reeks proeven en ze stellen op basis daarvan hun hypothese zonodig bij. Tenslotte vergelijken ze hun hypothese met de tweede wet van Newton. Lesschema

fase

werkvorm

activiteit

materiaal

1

per twee individueel of per twee

de leerlingen doen ter ontroductie van het onderwerp een voorspelling over de uitkomst van een trekproef

werkblad 1 werkblad 2 proefopstellingen

per twee of vier

de leerlingen beoordelen een aantal situaties en doen voorspellingen over de rol die massa daarin speelt de leerlingen stellen op basis van hun voorspellingen een hypothese op over de rol van massa bij bewegingen

2

per twee of vier

de leerlingen doen een aantal proefjes en werkblad 2 stellen op basis daarvan hun hypothese bij

3

per twee

de leerlingen vergelijken hun hypothese met de tweede wet van Newton en passen tenslotte de eerste en de tweede samen op het voorbeeld van werkblad 1 toe

4

klassikaal

de leerkracht controleert of de tweede wet van Newton duidelijk is geworden en evalueert het denkproces in de les

21

werkblad 3


Lesverloop Fase 1 Hypothese opstellen Deel werkblad 1 uit en laat de leerlingen voorspellen wat de uitslag van de trekproef (opdracht 1) zal zijn. Ga nog niet in op het juiste antwoord maar geef aan dat ze met de kennis die ze in de vorige les hebben opgedaan gecombineerd met wat ze in deze les zullenleren, het juiste antwoord zullen kunnen beredeneren. Laat de leerlingen in paren de situaties van opdracht 2 beoordelen en voorspellen wat er in die situaties zal gebeuren. Bespreek de resultaten. Laat de leerlingen er onderling over discussiëren en maak tekeningen op het bord die hun bevindingen in beeld brengen. Vraag de leerlingen of ze aan de hand van hun voorspellingen willen proberen een hypothese op te stellen over de rol die massa speelt bij een beweging. Bespreek hun hypotheses en stel vast of er verschillen zijn. Laat die verschillen het uitgangspunt zijn om over te gaan naar de volgende fase, waarin ze proefjes zullen doen om uit te maken of hun hypothese klopt. Fase 2 Hypothese verifiëren Zet van te voren het materiaal voor de proefjes op werkblad 2 klaar of laat de leerlingen dit zelf doen. Ze kunnen in groepjes van twee of vier de proefjes uitvoeren, waarbij ze tussen de opstellingen rouleren. Bespreek de bevindingen net zoals in de vorige fase en vraag of ze het nodig vinden hun hypothese bij te stellen en zo ja, wat ze willen veranderen. Stel opnieuw vast of er binnen de klas verschillen zijn en bediscussieer die. Fase 3 Vaststelling theorie Vraag de leerlingen tenslotte om hun hypothese te vergelijken met wat Newton over deze vraagstelling heeft uitgedacht: de tweede wet van Newton (werkblad 3). Zijn er verschillen met hun hypothese? Zijn ze het met Newton eens of juist niet? Laat de leerlingen tenslotte de vraag van opdracht 1 op werkblad 1 opnieuw beoordelen en bespreek die aan de hand van de eerste (effect van wrijving als kracht) en tweede wet van Newton (rol van massa). Fase 4 Evaluatie Evalueer de les en vraag of de leerlingen over bepaalde zaken anders zijn gaan denken. Probeer het denkproces dat in de les heeft plaatsgevonden samen te vatten.

22


Opdracht 1: Op de foto zie je twee telefoonboeken waarvan alle bladzijden in elkaar zijn geschoven. Aan de zijkant zijn twee handvaten vastgemaakt. Denk je dat twee sterke mannen of vrouwen de telefoonboeken uit elkaar kunnen trekken?

0 Ja 0 Nee Geef een verklaring voor je antwoord. ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... .......................................................................................................................................

Opdracht 2: Beoordeel de volgende situaties, doe een voorspelling en motiveer je antwoord. Stel je voor dat deze twee worstelaars samen op het ijs staan. Ze grijpen elkaar vast en drukken met dezelfde kracht tegen elkaar. Welke beweging zullen de grote en de kleine man maken?

0 Geen beweging 0 Naar voren 0 Naar achteren

Geef een verklaring voor je antwoord. ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... .......................................................................................................................................

23

trager of sneller • werkblad 1 Deze ijshockeyer moet in een wedstrijd opeens tegen een zwaardere puck slaan dan hij gewoon is. Hoe hard moet hij slaan om de puck op de juiste plaats te krijgen?

0 Even hard 0 Harder 0 Minder hard

Geef een verklaring voor je antwoord. ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ........................................................................................................

Deze snowboarder is sinds de vorige keer dat hij op een snowboard stond 20 kilo afgevallen. Hoe snel valt hij nu naar beneden in vergelijking met vroeger?

0 Even snel 0 Sneller 0 Langzamer

Geef een verklaring voor je antwoord. ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... .......................................................................................................................................

24


Opdracht 3 Probeer op basis van je voorspellingen een hypothese op te stellen over de invloed van massa op een beweging. ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... .......................................................................................................................................

25


Opdracht 1: Voer de volgende proefjes uit en beantwoord de vragen. PROEF 1 Leg de pingpongbal in de laadbak van het wagentje en laat hem tegen de barrière rijden. Meet de afstand tussen de barrière en het punt waar de pingpongbal is neergekomen. Leg nu de knikker in het wagentje en volg dezelfde procedure. Welk voorwerp heeft een grotere afstand afgelegd? 0 de knikker 0 de pingpongbal PROEF 2 Laat de knikker en de pingpongbal tegelijkertijd van de helling rollen. Welke is het eerst beneden? 0 de knikker 0 de pingpongbal PROEF 3 Neem eerst 1 boek van een stapel en probeer het over de tafel te schuiven. Stapel vervolgens steeds een nieuw boek erboven op en probeer het opnieuw. Werd het moeilijker of makkelijker om de stapel te verschuiven? 0 moeilijker 0 makkelijker PROEF 4 Zoek uit je groepje twee mensen die verschillen in gewicht. Ga op je sokken op de vloer staan en probeer elkaar achteruit te schuiven. Wie kon het makkelijkst de ander wegschuiven? 0 de lichtere 0 de zwaardere

26

trager of sneller • werkblad 2 PROEF 5 Dit is een gedachtenexperiment. Laat de knikker en de pingpongbal naar beneden vallen op een plaats waar geen zwaartekracht heerst. Welke is het eerst beneden? 0 de knikker 0 de pingpongbal

Opdracht 2: Overloop je antwoorden en bekijk of ze overeenkomen met je hypothese. Proef 1 JA/NEE Proef 2 JA/NEE Proef 3 JA/NEE Proef 4 JA/NEE Proef 5 JA/NEE Heb je niet overal met JA geantwoord, herschrijf dan je hypothese. Heb je overal met JA geantwoord, leg dan uit waarom je denkt bewezen te hebben waarom je hypothese klopt. ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... .

27


DE TWEEDE WET VAN NEWTON In zijn tweede wet heeft Newton het over de invloed van massa op beweging. Hij beweert dat een voorwerp meer of minder versnelt afhankelijk van hoe zwaar het voorwerp is en hoe sterk de kracht die erop inwerkt. Als je bijvoorbeeld even hard duwt tegen een zware en een lichte kar, zal de lichte kar meer versnellen dan de zware, en als je twee identieke, even zwaar geladen karren een harde en een lichte por geeft, zal de eerste meer versnellen dan de tweede. Kortweg komt de tweede wet van Newton op het volgende neer: Hoe zwaarder een voorwerp is, des te groter is de traagheid waarmee het beweegt.

Opdracht 1: Vergelijk de tweede wet van Newton met je eigen hypothese. Komen ze overeen? JA/NEE

Waarin komen ze wel of niet overeen? ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... .......................................................................................................................................

28


Opdracht 2: Beoordeel nu nog eens de vraag van opdracht 1 op werkblad 1. Denk aan de uitslag van proef 3 op werkblad 2, bekijk nog eens de resultaten van proef 6 op werkblad 2 van de vorige les en geef dan een verklaring voor je antwoord. Denk je dat twee sterke mannen of vrouwen de telefoonboeken uit elkaar kunnen trekken? 0 Ja 0 Nee Verklaring ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... .......................................................................................................................................

29

actie en reactie ● lesopzet

ACTIE EN REACTIE Inhoud

Aan de hand van de bespreking van een tweetal situaties realiseren de leerlingen zich dat een kracht een tegenkracht kan oproepen. Ze doen een reeks proefjes om dit verschijnsel verder te bestuderen en oefenen in het tekenen van situaties en de weergave van krachten. Daarna toetsen ze hun bevindingen aan de derde wet van Newton. Tenslotte passen ze hun kennis van de drie bewegingswetten toe op een reeks plaatjes met voorbeelden van stilstaande en bewegende objecten. Ze bedenken welke krachten er aan het werk zijn en geven de richting daarvan aan.

Lesschema fase

werkvorm

activiteit

materiaal

1

klassikaal

de leerkracht vraagt de leerlingen naar de verklaring voor de beweging van een bootje bij het uitstappen en van een skateboard bij het afstappen

skateboard

2

per twee

de leerlingen doen een reeks proefjes waarin de normaalkracht goed is waar te nemen

werkblad 1 proefopstellingen

3

per twee

de leerlingen toetsen hun bevindingen aan de derde wet van Newton en maken een lijst met soorten krachten, nu aangevuld met de normaalkracht

werkblad 2

4

per twee of vier

de leerlingen beoordelen een reeks foto’s van beweging en stilstand en proberen de inwerkende krachten te identificeren

werkblad 3

5

klassikaal

de leerkracht legt uit wat de leerlingen uit de drie lessen over Newton moeten leren

leerinstructie

30


Lesverloop Fase 1 Hypothese opstellen Vraag de leerlingen of ze wel eens één van de volgende situaties hebben meegemaakt: • •

van een bootje op de wal stappen van een skateboard afstappen terwijl je er met je beide voeten opstaat

Verzamel de ideeën over wat er in die gevallen met het bootje of skateboard gebeurt. Laat daarna één van de leerlingen de situatie met het skateboard een keertje voordoen. Vraag de leerlingen naar de richting van de kracht waarmee het uit- en afstappen gepaard gaat en laat hen nadenken over het tegenovergestelde effect van die kracht op het bootje en skateboard. Schrijf alle hypotheses over die ‘tegenkracht’ op het bord, zonder dat deze kracht al benoemd wordt. Stel vast dat dit merkwaardige fenomeen verder moet worden bestudeerd om er achter te komen wat er precies aan de hand is. Fase 2 Hypothese verifiëren Laat de leerlingen in groepjes van twee de proeven op werkblad 1 uitvoeren. Omdat het concept van de reactie- of normaalkracht moeilijk voor de leerlingen te vatten is, is het belangrijk de bespreking in de groepjes goed te volgen en zonodig bij te sturen door vragen te stellen over de krachten die ze ervaren en over de richting van die krachten. Bespreek daarna de resultaten van de proeven en de hypotheses over de ‘tegenkracht’. Maak op het bord schetsen van de situaties uit de proeven, stel vragen over de inwerkende krachten en hun richtingen en teken die op de juiste wijze in de schetsen. Verzamel de hypotheses over de ‘tegenkracht’ en schrijf die op het bord. Fase 3 Vaststelling theorie Deel werkblad 2 uit en vraag de leerlingen om hun hypothese te vergelijken met de derde wet van Newton. Laat ze de waarnemingen van hun proeven overlopen om te zien of ze overal de normaalkracht hebben geïdentificeerd. Vergelijk daarna klassikaal de derde wet van Newton met de hypotheses die in de vorige fase werden genoteerd.

31


Fase 4 Toepassing theorie In deze fase moet alles wat de leerlingen in de afgelopen drie lessen geleerd hebben, worden toegepast in een reeks complexere voorbeelden. Deel werkblad 3 uit en benadruk bij de toelichting op de uitvoering van de opdracht dat de leerlingen de krachten moeten vermelden en de richting met een pijl aangeven op het werkblad. Doe dit eventueel voor bij het eerste voorbeeld. Bespreek tenslotte de voorbeelden. Er zal wellicht blijken dat de leerlingen in tal van situaties (bijvoorbeeld bij de baby’s op het bed) de normaalkracht zijn vergeten. Benadruk dan nog eens dat de bewegingswetten een model zijn, waarmee alle bewegingen zijn te verklaren en berekenen, maar dat het soms wel eens moeilijk is om de krachten die je niet direct zelf ervaart, te begrijpen. Zie er bij de bespreking goed op toe dat de leerlingen begrepen hebben dat een pijl niet de plaats van aangrijping maar de richting van een kracht aangeeft. Tip: naast of in plaats van deze opdracht kunnen er foto’s gebruikt worden van situaties in en rond de school en/of foto’s die door de leerlingen zelf zijn meegebracht. Fase 5 Leerinstructie Deel de leerinstructie voor de drie lessen over de wetten van Newton uit en licht deze toe.

32

actie en reactie ● werkblad 1

Opdracht 1: Voer proef 1 t/m 5 uit. Observeer en beschrijf wat er gebeurt, en maak een tekening van je waarneming(en) waarbij je met een pijl de richting van de waargenomen krachten weergeeft.

PROEF 1 Zet één voet op het skateboard en zet af met je andere voet. Bestudeer het moment waarop het skateboard in beweging wordt gebracht. Beschrijf en teken de krachten. waarneming: ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… tekening:

33


PROEF 2 Sla met de hamer een spijker in het blok hout. Bestudeer welke krachten je bij de klap op de spijker voelt of ziet. Beschrijf en teken de krachten. waarneming: ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… tekening:

PROEF 3 Doe je schoenen uit, ga op je sokken en met je gezicht gericht naar de muur staan en druk ertegenaan. Beschrijf en teken de krachten. waarneming: ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………….. ...................................................................................................................................

34


tekening:

PROEF 4 Ga in de stoel zitten en druk de stoel met je voeten achteruit. Beschrijf en teken de krachten. waarneming: ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… tekening:

PROEF 5

35


Weeg jezelf op de weegschaal in de drie volgende situaties. Maak er een tabel van en beschrijf en teken je waarnemingen. 1 2 3

losstaand terwijl je zo hard mogelijk met je handen boven schouderhoogte tegen de muur drukt terwijl je zo hard mogelijk op een tafel drukt

situatie gewicht

losstaand

druk op muur

druk op tafel

waarneming: ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… tekening:

36


DE DERDE WET VAN NEWTON De derde wet van Newton gaat over actie en reactie. Elke kracht roept een even grote tegenkracht op, zegt Newton. Dit zie je bijvoorbeeld wanneer iemand tegen de kade duwt als hij in een bootje zit. De kracht waarmee het bootje zich van de kade verwijdert is precies even groot als de duwende kracht van de arm op de kade. In de fysica wordt de tegenkracht ook wel normaalkracht of reactiekracht genoemd.

Opdracht 1: Lees de derde wet van Newton en pas die toe op je waarnemingen in de proefjes op werkblad 1. Kruis in de tekeningen op dat werkblad de ‘normaalkracht’ aan.

Opdracht 2: Overloop nog eens de theorie en de proefjes uit deze en de vorige twee lessen en maak een overzicht van de verschillende krachten die op een voorwerp kunnen inwerken (Zie ook les ‘Bewegen of stilstaan’, werkblad 2, opdracht 3) ........................................................... ........................................................... ........................................................... ........................................................... ........................................................... ...........................................................

37


Opdracht: Vermeld voor de situaties op de volgende foto’s welke krachten er werken. Gebruik pijlen om de richting van de krachten aan te geven.

1

2

3

3

4

38


5

6

7

8

39


9

10

11

12

40

actie en reactie ● leerinstructie

Wat je moet leren uit de lessen ‘Bewegen of stilstaan’, ‘Trager of sneller’ en ‘Actie en reactie’. Je moet de drie wetten van Newton kunnen verwoorden. Je moet van de werking van elke wet twee voorbeelden kunnen geven. Je moet het verschil kunnen beschrijven tussen de manier van werken van Aristoteles enerzijds en Galilei en Newton anderzijds. Je moet weten in welke eeuw Aristoteles en Galilei en Newton leefden. Je moet de verschillende krachten kunnen opsommen die op een voorwerp kunnen werken. Je moet van een situatie kunnen beschrijven welke krachten er op een voorwerp inwerken. Je moet daarvan een tekening kunnen maken waarbij je met pijlen de richting van die krachten aangeeft.

37

een eigen hypothese formuleren een fysisch verschijnsel of proces met behulp van een model voorstellen of uitleggen

Recommend Documents