H2O, of gewoon: water. We hebben er genoeg van op onze aardbol: men schat zo’n 1,4 miljard kubieke kilometer. Helaas is nog geen 3 procent daarvan zoet, en bevindt het zich lang niet altijd op de juiste plek. Bijvoorbeeld als de Maas weer eens buiten haar oevers treedt vanwege een teveel aan water, of als de gewassen in Afrika verdorren omdat er te weinig water is. Nederland loopt voorop als het om water gaat. Als geen ander weten we hoe we water kunnen tegenhouden en hoe we het aanwezige water nuttig kunnen gebruiken. Techniek speelt daarin een belangrijke rol: denk maar eens aan verschillende waterkeringen om ons te beschermen tegen de zee, manieren om grondwater op te pompen, het opwekken van elektriciteit met behulp van water, het zuiveren en hergebruiken van afvalwater, recreëren op of bij het water enzovoort. Maar... de wereldbevolking groeit, het klimaat verandert, onze wensen veranderen en de zeespiegel stijgt. We staan voor nieuwe uitdagingen op het gebied van water! Zonder technische kennis zouden we nooit zoveel met water bereikt hebben. Op school krijg je vakken als natuurkunde, scheikunde, techniek en biologie. Je ervaart dan hoe water gezuiverd kan worden, hoe krachten op een stuwdam worden verdeeld, hoe elektriciteit kan worden opgewekt uit water, hoe water stroomt en hoe voorwerpen drijven of zinken. Maar ook waarom er een elektrische stroom door een koperdraad kan lopen, waarom cola gaat spuiten als je er suiker in gooit, waarom je op een röntgenfoto je botten ziet, waarom sommige mensen met een bril op beter kunnen zien en ga zo nog maar even door. Wat je nu op school leert zie je terug in heel veel vakgebieden die technisch zijn, en meestal ook een maatschappelijke kant hebben. Je leert in die vakgebieden op een goede manier problemen uit de natuur en techniek op te lossen. Vaak zijn deze oplossingen de basis voor nieuwe uitvindingen en ontwikkelingen. Niet alleen op het gebied van water, maar in bijna alles wat je om je heen ziet. De Eureka!Cup is een project dat je op een andere en leuke manier kennis wil laten maken met techniek en toepassingen van natuurwetenschappen. We willen laten zien hoe belangrijk en hoe leuk het is om met technische uitdagingen bezig te zijn. In de derde klas zul je een profiel gaan kiezen. We hopen dat dit project je helpt met nadenken hierover zodat jij een goede keuze voor jezelf kunt maken. We wensen je veel succes en een leuke en leerzame Eureka!Cup.
Innovative Dike Maak een schaalmodel met jouw innovatieve idee van de Afsluitdijk.
Opdrachtgever
2
Project
3
Vooronderzoek
6
Werkwijze
9
De test
12
Figuur 1: De Afsluitdijk 1
Opdrachtgever Water speelt een belangrijke rol in Nederland. Het is zelfs zo belangrijk dat er een ministerie is dat onder andere gaat over de waterhuishouding van Nederland: het ministerie van Verkeer en Waterstaat. Eén van de taken van dit ministerie is om Nederland te beschermen tegen het water van de zee. Immers, zonder dijken en duinen zou een groot deel van Nederland onder water staan. De verandering van het klimaat op aarde, de zeespiegelstijging, de bodemdaling en de toename van het aantal inwoners zetten de leefbaarheid van ons land steeds meer onder druk. Nederland moet beter en anders omgaan met water om er ook in de toekomst goed tegen beschermd te blijven. En om er tegelijkertijd voldoende van te hebben, dat schoon genoeg is om te drinken, om in te zwemmen en om er het land mee te besproeien. Innovatie is daarbij onmisbaar. Om dit onder de aandacht te brengen, voert het ministerie van Verkeer en Waterstaat samen met waterschappen, provincies en gemeenten campagne onder het motto ‘Nederland leeft met water’. Het logo van de campagne staat in figuur 2 weergegeven. Figuur 2: Het logo van de campagne ‘Nederland leeft met water’.
2
Project De Afsluitdijk bestaat al 75 jaar en is nodig aan vervanging toe. Tot nu toe wordt de dijk alleen gebruikt als waterkering en als weg. In de toekomst zou de dijk meer functies kunnen krijgen. Bijvoorbeeld om de ecologie in het gebied te verbeteren. Of om de productie van duurzame energie te verhogen, als plaats om te wonen of te recreëren, of voor heel iets anders. Eén van de functies moet natuurlijk waterkering blijven, om het achterland te beschermen en om het zoute van het zoete water te scheiden. Het ministerie van Verkeer en Waterstaat is jouw opdrachtgever en verwacht dat je een schaalmodel van een gedeelte van de Afsluitdijk bouwt, dat laat zien wat je in de toekomst met de Afsluitdijk wil. Er zijn natuurlijk veel innovatieve ideeën bij de Afsluitdijk te bedenken. Houd hierbij in het achterhoofd dat het ministerie ideeën zoekt om de ruimte op de Afsluitdijk beter te gebruiken op het gebied van leven, wonen en recreëren dichtbij het water. Er moeten uiteindelijk 5 nieuwe ideeën verwerkt worden in jouw Afsluitdijk. De opdrachtgever verwacht dat je iets doet met het verschil in waterniveau aan beide zijden van de Afsluitdijk. Dit is namelijk een voor de hand liggende manier om energie op te wekken. De opdrachtgever verwacht minimaal één manier om energie op te wekken, waarbij je gebruik maakt van het verschil in waterniveau. De opdrachtgever daagt je uit om nog andere manieren om energie op te wekken te vinden en toe te passen.
3
Door het waterhoogteverschil te gebruiken, kun je bepaalde processen op de Afsluitdijk op gang brengen. Een proces kan uit een aantal stappen bestaan. Het kan bijvoorbeeld bestaan uit een eerste stap waarin een waterrad gaat draaien dat vervolgens bijvoorbeeld een elektriciteitscentrale op de dijk aanstuurt. Het aansturen van de draaimolen is dan de tweede stap in het proces. Het proces dat je maakt, moet minimaal uit 4 stappen bestaan. Eén stap is bijvoorbeeld een draaiend waterrad. De laatste stap moet een mooi eindeffect zijn dat nuttig is op de vernieuwde Afsluitdijk. Dit einde van het proces moet passen binnen het vernieuwende idee dat je bij de Afsluitdijk hebt.
Figuur 3: Schematische weergave proefopstelling.
4
In het volgende overzicht staat aangegeven welke eisen het Ministerie stelt aan het schaalmodel. Eisen: • • • • • •
het model moet een waterdichte dijk bevatten van maximaal 15 cm breed. Deze dijk dient gebouwd te worden in de lengterichting in een bepaald type bak. Je docent weet welke bak dit moet zijn; het waterhoogteverschil tussen beide zijden van het model van de Afsluitdijk moet gebruikt worden voor energieopwekking. Het proces moet minimaal 4 stappen bevatten, waaronder een spectaculair eindeffect dat past binnen jouw innovatieve idee van de Afsluitdijk; het waterhoogteverschil tussen beide kanten van de dijk is 10 cm (het water heeft een hoogte van 5 cm aan de ene en 15 cm aan de andere kant); er moet een schuifje op je dijk gemaakt worden, zodat je zelf kan bepalen wanneer er water stroomt van het hoge naar het lage niveau; er is geen beperking voor de te gebruiken materialen; het eindresultaat moet minimaal 5 innovatieve ideeën bevatten.
5
Vooronderzoek Om een goed product af te leveren, moet er eerst vooronderzoek worden verricht. Voordat je gaat ontwerpen, verwacht het ministerie dat je je goed realiseert dat er heel veel mogelijkheden zijn om de Afsluitdijk te ontwerpen. Het Ministerie vraagt je een rapport te maken waarin de volgende drie deelonderzoeken verwerkt zijn. Deelonderzoek 1: Ontwikkelen van ideeën Onderdeel 1.1 Het ministerie verwacht een fotoreportage van 2 waterraden en 2 waterkrachtcentrales. Schrijf bij ieder plaatje een toelichting. In de toelichting staat de werking van de raden of de centrales en wat er met het water gebeurt. In figuur 4 staat een plaatje van een waterkrachtcentrale in werking. Figuur 4: Voorbeeld van een waterkrachtcentrale
6
Onderdeel 1.2 De Afsluitdijk wordt nu vrijwel alleen maar als dijk gebruikt om Nederland te beschermen tegen het water van de Noordzee. Op het gebied van leven, wonen, recreëren en werken op en rond de Afsluitdijk kan er nog veel ontwikkeld worden. In figuur 5 zie je een voorbeeld van een visie van een nieuwe Afsluitdijk. Er is in dit geval een hogesnelheidsvaarverbinding over de Afsluitdijk getekend. Maak een fotoreportage van 10 bestaande ideeën, gedachten en uitwerkingen voor nieuwe ideeën met de Afsluitdijk. Bedenk hierna 10 innovatieve ideeën voor de Afsluitdijk. Kijk ook eens op www.eurekacup.nl bij dit thema voor goede ideeën. Figuur 5: Ontwerp voor een nieuwe Afsluitdijk met een hogesnelheidsvaarverbinding, door de Archipel van Monolab. (Bron: De Blauwe Kamer)
7
Deelonderzoek 2: Selectie De opdrachtgever verwacht een keuzeonderzoek. In dit onderzoek staat een lijst met de 5 beste ideeën op het gebied van leven, wonen, recreëren en werken op de Afsluitdijk uit het eerste deelonderzoek. Bij elk van deze 5 ideeën van de lijst moeten twee technische tekeningen gevoegd worden van bijbehorende processen die door het waterrad kunnen worden aangestuurd. Er wordt ook verwacht dat je bij elk van deze vijf ideeën van de lijst aangeeft wie er voordelen en eventueel nadelen van ondervindt. Deelonderzoek 3: Bouwen De opdrachtgever verwacht een A3 met schetsen. Op de schetsen staan jouw originele ideeën en de manier die bedacht is om met het waterhoogteverschil om te gaan en een proces in gang te zetten. In een bijbehorende toelichting wordt aangegeven welk origineel idee je hebt bedacht om met het waterhoogteverschil om te gaan en waarom. De opdrachtgever verwacht dat je in de bak jouw Afsluitdijk bouwt. Jouw Afsluitdijk is waterdicht aan de zijkanten en de onderkant en heeft een schuifje om water te laten stromen, zoals weergegeven in de eisen.
8
Werkwijze Team Dit project voor het ministerie voeren jullie uit in een team van 5 klasgenoten. Jullie docent is jullie begeleider, bij hem of haar kun je altijd met vragen terecht. Plan van aanpak Voor elk deelonderzoek van het project wil de opdrachtgever dat je een plan van aanpak maakt. Dit is maximaal een A4’tje waar overzichtelijk de volgende dingen op staan: • • • • • • •
de naam van het project; voor welk onderdeel dit het plan van aanpak is; welke werkzaamheden jullie uit gaan voeren; hoe jullie de taken verdelen; wanneer de werkzaamheden uitgevoerd gaan worden en hoelang je hierover gaat doen; welke materialen er nodig zijn; wanneer jullie als team overleggen en waarover dat zal gaan.
Tijdsplanning De planning van het project over een periode van 5 of 6 weken ziet er als volgt uit: Week 1: • Maken van het plan van aanpak voor deelonderzoek 1. • Uitvoeren van het plan van aanpak van deelonderzoek 1. Week 2: • Maken van het plan van aanpak voor deelonderzoek 2. • Uitvoeren van het plan van aanpak van deelonderzoek 2. 9
Week 3: • Maken van het plan van aanpak voor deelonderzoek 3. • Uitvoeren van het plan van aanpak van deelonderzoek 3. Week 4: • Uitvoeren van het plan van aanpak van deelonderzoek 3. • Maken van het plan van aanpak voor het bouwen van het uiteindelijke product. Week 5 en eventueel week 6: • Uitvoeren van het plan van aanpak van het maken of bouwen van het uiteindelijke product. • Afronden van het project en voltooien van het rapport. Materialen Voor het maken van jullie model hebben jullie verschillende materialen nodig. Voor deze materialen zorg je zelf. Alleen als het echt niet lukt, kun je hulp aan je docent vragen. Informatiebronnen Voor delen van het vooronderzoek zullen jullie informatie van andere bronnen nodig hebben. Dit kunnen bijvoorbeeld de bibliotheek en het internet zijn. Op internet is www. eurekacup.nl een goede plek om te beginnen met zoeken. Daar vind je een aantal stukjes theorie en handige links die betrekking hebben op jullie project. Je kunt natuurlijk ook zelf zoeken naar nuttige internetpagina’s.
10
Onderzoeksrapport De opdrachtgever vraagt jullie om een onderzoeksrapport te maken, waarin jullie advies uitbrengen met betrekking tot de opdracht die jullie gekregen hebben. In zo’n onderzoeksrapport staan: • • • • • •
het probleem van de opdrachtgever; de uitwerking van de vooronderzoeken van het project; het ontwerp van jullie product; hoe jullie bij dat ontwerp gekomen zijn; eventueel de resultaten van jullie eigen tests; waarom jullie later nog dingen aan het product aangepast hebben.
Het is belangrijk dat het onderzoeksrapport duidelijk en overzichtelijk is. Probeer als het kan dingen samen te vatten, bijvoorbeeld in tabellen en grafieken. Bij de presentatie van het product aan het bedrijf, tijdens de finaledag, kan de opdrachtgever naar het onderzoeksrapport vragen. Model De opdrachtgever verwacht ook een model van het door jullie ontworpen product, zie daarvoor de projectomschrij-ving. Dit model wordt getest in jullie klas, en ook op de finaledag. Succes!
11
De test Het product zal beoordeeld worden door een deskundige jury. Er zal in ieder geval een persoon van het ministerie van Verkeer en Waterstaat en een persoon uit de organisatie van de Eureka!Cup in de jury zitten. Het product zal door de jury getest worden tijdens de finaledag. De testprocedure zal als volgt plaatsvinden. Als eerste mag ieder team een praatje houden van maximaal 5 minuten waarin het team aangeeft wat ze met de Afsluitdijk hebben gedaan en de functie van alle voorwerpen op de Afsluitdijk uitleggen. Ten tweede zal er water worden toegevoegd aan beide zij-den van de Afsluitdijk, 5 en 15 cm hoogte. Vervolgens moeten jullie laten zien op welke manier het waterhoogteverschil gebruikt is in de Afsluitdijk door middel van het openzetten van een schuifje waardoor het proces in gang wordt gezet. Het product zal beoordeeld worden aan de hand van de volgende criteria: • originaliteit idee; • mate van innovatie; • realiseerbaarheid; • kwaliteit proces en mate waarin het past binnen het innovatieve idee met de Afsluitdijk; • afwerking; • stevigheid. De testopstelling bestaat uit de bak waarin de Afsluitdijk gebouwd is. Deze bak met dijk moet worden meegenomen naar de finaledag. 12
Aantekeningen
13
