Machines en Energie. Rijksuniversiteit Utrecht

n

Aantekeningen

n

I ^

voor de l e e r k r a c h t en A p p a r a t u u r g i d s

Machines en Energie Een l e s s e n s e r i e leerlingen:

waarin

• l e r e n over a r b e i d , vermogen en rendement • l e r e n over e n e r g i e s o o r t e n en energie-omzettingen •

rendementsberekeningen maken

• onderzoek doen naar de rendementen van versnellingsbak, e l e k t r o m o t o r en andere machines

E x p e r i m e n t e l e u i t g a v e voor de 4e k l a s mavo en de 3e k l a s havo/vwo. Samengesteld door de p r o j e c t g r o e p PLON, met medewerking van p r o j e c t leraren.

mm

© R i j k s u n i v e r s i t e i t Utrecht

Deze a a n w i j z i n g e n voor de l e e r k r a c h t maken d e e l u i t van e x p e r i m e n t e e l l e s m a t e r i a a l . Overname o f r e f e r e n t i e u i t s l u i t e n d na toestemming van de medewerkers van h e t PLON, Lab. V a s t e S t o f , p o s t b u s 80.008, 3508 TA U t r e c h t .

-1-

INHOUD

Voorwoord

3

Verantwoording 1. Achtergronden en u i t g a n g s p u n t e n 2. De p l a a t s van "Machines en E n e r g i e " i n het PLON-curriculum 2.1. i n de 4e k l a s mavo met PLON-examen 2.2. i n de 4e k l a s mavo met r e g u l i e r examen 2.3. i n de 3e k l a s havo/vwo 3. De natuurkunde i n "Machines en E n e r g i e " 4. "Machines en E n e r g i e " i n h e t PLON-mavo examenprogramma 5. "Machines en E n e r g i e " en het r e g u l i e r e examenprogramma 6. "Machines en E n e r g i e " en de " l i j n e n " van de PLON-leergang

4 4 4 4 4 5 6 6 7 7

Het l e s m a t e r i a a l 1. Het themaboek

8 8

2. Apparatuur en w e r k m a t e r i a a l

8

Didaktische opzet

9

Het l e s s e n p l a n

10

Didaktische aanwijzingen 1. 2. 3. 4.

12

Het oriëntatiedeel Het l e e r s t o f d e e l Het o n d e r z o e k s d e e l De a f s l u i t i n g

12 12 13 14

5. Het schoolonderzoek

14

Boeken en a u d i o - v i s u e l e media

15

Lerarenvragenlijst

21

B i j lagen: Dl D2 D3 D4 D5 D6

M o g e l i j k e opdrachten b i j hoofdstuk 3 van h e t b a s i s d e e l Open onderzoek Demonstratiepraktikum "Machines en E n e r g i e " Schoolonderzoek "Machines en E n e r g i e " (Maasveld-mavo) Schoolonderzoek "Machines en E n e r g i e " (Regina P a c i s s t r e e k s c h o o l Oudewater) Een l e e r l i n g v e r s l a g : "Het rendement van een brommer"

Apparatuurgids

BV U i t g e v e r i j NIB Postbus 144 3700 AC Zeist T e l . 03404-21624 is f

34 38 41

Deze "Aantekeningen voor de l e r a a r " kan worden b e s t e l d

De p r i j s

27 28 29 31

5,=

bij:

-3-

VOORWOORD

Deze aantekeningen voor de leerkracht (AVOL) en apparatuurgids horen b i j het thema "Machines en Energie". D i t thema i s bedoeld voor gebruik i n de vierde k l a s MAVO en de derde k l a s HAVO/VWO. We hopen dat deze aantekeningen u z u l l e n helpen b i j het voorbereiden en geven van uw lessen "Machines en Energie". Deze AVOL i s zowel bestemd voor hen d i e d i t thema voor het eerst geven a l s voor hen.die er a l ervaring mee hebben. Er staat informatie in over de didactische opzet van het thema en geeft een lessenplan met bespreking van v e r s c h i l l e n d e fasen daarin. In de b i j l a g e n z i j n voorbeelden van toetsen opgenomen. Een l i j s t met f i l m s maakt het gemakkelijker het werken met het thema audiovisueel aan te kleden. Het l a a t s t e deel i s een gids voor de apparatuur en bevat ook de d e t a i l s over de proeven. U kunt uw r e a c t i e geven i n de v r a g e n l i j s t op b l z . 21. We s t e l l e n het zeer op p r i j s a l s u die l i j s t w i l t i n v u l l e n en opsturen a l s u het thema i n de k l a s hebt gedaan.

Het PLON-team, Lab. Vaste Stof, R i j k s u n i v e r s i t e i t Utrecht, Postbus 80.008, 3508 TA Utrecht.

Januari 1984.

-4-

VERANTWOORDING

1.

ACHTERGRONDEN EN UITGANGSPUNTEN

In "Machines en Enerqie" worden de energie-omzettingen i n machines behandeld, ten einde te komen t o t een bepaling van het rendement van een machine. Daarvoor i s het nodig, dat de soorten energie die a l eerder i n het PLON-curriculum t e r sprake z i j n gekomen - onder andere i n "Energie Thuis", "Energie i n de Toekomst" en "Verwarmen en I s o l e ren" -op een kwantitatieve manier worden behandeld. Arbeid wordt gez i e n a l s de omzetting van de ene soort energie i n andere soorten, waarvan er meestal s l e c h t s één soort gewenst i s . Dat l e i d t t o t het i n d i t thema c e n t r a a l staande begrip rendement.

2.

DE PLAATS VAN "MACHINES EN ENERGIE" IN HET PLON-CURRICULUM

2.1. In de vierde

klas

mavo voor scholen

met

PLON-eindexamen

In de vierde k l a s mavo i s "Machines en Energie" het op één na l a a t s t e thema, voorafgegaan door "Schakelen en Regelen". Na "Machines en Energie" volgen "Kernwapens" en het "Repeteer. thema", dat samen met het"examenboekje voor de mavo"de l a a t s t e voorbereidingen geeft op het eindexamen. U i t "Machines en Energie" b l i j k t a l de "eindexamensfeer". In v r i j korte t i j d wordt v r i j v e e l formele natuurkunde behandeld. De nadruk l i g t meer op het verwerven van i n z i c h t i n een onderdeel van de natuurkunde en het k r i j g e n van routine i n het maken van vraagstukken,en minder op een c e n t r a a l thema u i t de omgeving of de samenleving.

2.2. In de vierde

klas

mavo voor scholen

met het''regulier>e"

eindexamen

Het thema "Machines en Energie" kan ook gebruikt worden om naar het r e g u l i e r e mavo-eindexamen toe te werken. De nadruk z a l d a a r b i j i e t s moeten verschuiven van n i e t - i d e a l e s i t u a t i e s waarb i j w r i j v i n g en rendement een r o l spelen, naar i d e a l e s i t u a t i e s , met name waar het gaat om de valbeweging. De wet van behoud van mechanische energie z a l d a a r b i j geïntroduceerd moeten worden.

-5-

VERANTWOORDING

In de kaders z i j n de jaarprogramma' s voor de vierde kias mavo weergegeven: Jaarprogramma vierde Leerjaar PLON-mavo Instructieboek Krachten Verkeer en V e i l i g h e i d Natuurkunde i n de SamenLeving/Stoppen of Doorrijden Verwarmen en Isoleren Schakelen en Regelen Machines en Energie Natuurkunde i n de SamenLeving/Kernwapens en/of Veiiigheid Repeteerthema i Examenboekje J

2.3. In de derde klas

Jaarprogramma vierde Leerjaar reguLiere mavo

7 18 7

16 16 14 7

Instructieboek Krachten Verkeer en V e i l i g h e i d Machines en Energie Examen doen: z i e aparte AVOL Repeteerthema

20

havo/vwo

Voor de 3e k l a s havo/vwo is"Machines en Energie" een thema dat gekozen kan worden a l s er 3 o f meer l e s s e n natuurkunde per week gegeven worden. De e r v a r i n g i s e c h t e r dat s l e c h t s w e i n i g s c h o l e n d i t thema i n de 3e k l a s k i e z e n , omdat h e t zo s t e r k de formele natuurkunde behandelt. Voor een s e k t i e d i e wat meer nadruk w i l leggen op de r e k e n v a a r d i g h e i d aan h e t e i n d van de 3e k l a s havo/vwo kan dat j u i s t een v o o r d e e l z i j n . Het thema zou dan h e t b e s t e passen helemaal op h e t einde van de 3e k l a s , na "Energie T h u i s " en "Energie i n de Toekomst". We zouden wel w i l l e n suggereren om d i t thema n i e t voor i e d e r e e n v e r p l i c h t t e s t e l l e n maar de l e e r l i n g e n t e l a t e n k i e z e n tussen b i j v o o r b e e l d "Machines en E n e r g i e " en "Schakelen en Regelen". Het argument voor het k i e z e n i s dat d i t thema v r i j w e i n i g a a n t r e k k i n g s k r a c h t z a l hebben voor l e e r l i n g e n d i e geen natuurkunde k i e z e n i n de 4e k l a s . Voor hen z a l het maken van een werkend k n i p p e r l i c h t b e v r e d i g e n d e r z i j n a l s a f s l u i t i n g van hun natuurkundeonderwijs dan h e t rekenen aan een v e r s n e l l i n g s b a k .

8 18 16 16

-6-

VERANTWOORDING

3.

DE NATUURKUNDE IN "MACHINES EN ENERGIE"

B i j het werken met een machine i s een interessante vraag, hoeveel werk de machine kan v e r r i c h t e n met een gegeven hoeveelheid brandstof (of andere vorm van energie). Om d i e vraag te beantwoorden, moet j e gaan rekenen met energie en a r b e i d . Daarom d r a a i t d i t thema vooral om het begrip rendement, een onderwerp dat n i e t of s l e c h t s z i j d e l i n g s i n de huidige l e e r s t o f l i j s t e n mavo of havo/vwo-onderbouw voorkomt. De wet van behoud van mechanische energie - een wet, d i e i n de p r a k t i j k weinig betekenis heeft omdat er v r i j w e l a l t i j d w r i j v i n g s k r a c h t e n optreden -wordt n i e t behandeld. Wèl wordt de r e l a t i e tussen a r b e i d en k i n e t i s c h e energie uitgewerkt. Daarin kan de arbeid van de w r i j v i n g s kracht meegenomen worden. Bovendien komt d i e wet ook voor i n "Verkeer en V e i l i g h e i d " a l s de tweede bewegingswet. Het optreden van w r i j v i n g s k r a c h t e n - b i j de s l e e p r o l -wordt a l s u i t gangspunt gekozen b i j het meten van het rendement van a l l e r l e i machines. In zekere z i n nemen we op d i e manier een weg d i e p r e c i e s tegenovergesteld i s aan de t r a d i t i o n e l e weg: we nemen n i e t de geïdealiseerde ( w r i j v i n g s v r i j e ) s i t u a t i e s , maar de complexe reële s i t u a t i e s a l s uitgangspunt om natuurkunde te l e r e n .

4.

"MACHINES EN ENERGIE" IN HET PL0N-MAV0-EXAMENPROGRAMMA

Het gewijzigde examenprogramma op b a s i s waarvan een a a n t a l gedurende enkele jaren een apart PLON-mavo-eindexamen mogen de volgende onderwerpen d i e i n (onder andere) "Machines en de orde komen (de onderwerpen waar een x achter s t a a t , z i j n komen n i e t i n het r e g u l i e r e programma voor):

-

-

PLON-scholen doen, bevat Energie" aan nieuw: ze

wrijvingskracht arbeid v e r r i c h t door een constante kracht vermogen k i n e t i s c h e energie verband tussen arbeid en k i n e t i s c h e energie (x) energie ten gevolge van het zwaartekrachtsveld d i c h t b i j de aarde de mogelijkheid van het i n elkaar omzetten van soorten energie (kinet i s c h e - , g r a v i t a t i e - , e l e k t r i s c h e - , chemische-, s t r a l i n g s - k e r n e n e r g i e en warmte) rendement (x) energie en vermogen van een e l e k t r i s c h e stroom.

Het gewijzigde PLON-mavo-examenprogramma i s b i j het PLON aan te v r a gen (PLON BL-80-0209) en i s voor de periode van 1981 t o t 1985 a l s experiment door het M i n i s t e r i e van Onderwijs goedgekeurd voor z e s t i e n scholen.

-7-

VERANTWOORDING

5.

"MACHINES EN ENERGIE" EN HET REGULIERE MAVO-PROGRAMMA

"Machines en Energie" kan goed gebruikt worden b i j het opleiden voor het r e g u l i e r e mavo-eindexamen. Het accent dat op rendement wordt gelegd, i s d a a r b i j n i e t zo nodig, maar ondersteunt wel de samenhang tussen de vers c h i l l e n d e energie-onderwerpen. Behalve de hierboven i n 4. genoemde onderwerpen zonder (x) z i j n er voor het r e g u l i e r e mavo-programma nog enkele onderwerpen d i e min of meer gemakkelijk i n het kader van d i t thema aangeleerd kunnen worden (niet omdat ze i n d i t thema passen, maar omdat ze f y s i s c h verwant z i j n ) . Daarbij v a l t t e denken aan: valbeweging wet van behoud van mechanische energie warmte a l s vorm van energie de term: potentiële energie ( i n het zwaartekrachtsveld) Deze onderwerpen worden verder n i e t i n PLON-thema's behandeld en kunnen h i e r worden aangevuld of worden behandeld i n het kader van het i n s t r u c tieboek "Examen Doen". Voor verdere aanwijzingen: z i e de AVOL b i j dat instructieboek.

6.

"MACHINES EN ENERGIE" EN DE "LIJNEN" VAN DE PLON-LEERGANG

In "Machines en Energie" worden een aantal l i j n e n d i e door het hele PLON-curriculura heen lopen, doorgezet. L i j n e n d i e i n "Machines en Energie" doorlopen z i j n : werken met v e r s c h i l l e n (keuze-onderzoeken) s o c i a a l leren ( v i a groepswerk en rapporteren) z e l f doen van natuurkunde de l e e r s t o f , g e r i c h t zowel op het examen a l s op de interesse van de l e e r l i n g . Omdat voor 4-mavo het examen zo d i c h t b i j i s , v a l t de nadruk nogal sterk op het examen het rekenen heeft v r i j grote nadruk; t e r w i j l i n de thema's van de tweede en derde k l a s mavo het semi-kwantitatieve overheerst, staan h i e r de formules en berekeningen op de voorgrond doorstroming naar het vervolgonderwijs uitvoeringsvariëteiten: elke school maakt z i j n eigen lessenplan technische natuurkunde. L i j n e n die s l e c h t s zwak of n i e t i n "Machines en Energie" doorlopen (als gevolg van de nadruk op de l e e r s t o f ) z i j n : omgevingsnatuurkunde ( z i t er nog een beetje i n , b i j v o o r b e e l d de bromfiets) samenlevingsnatuurkunde (bijvoorbeeld het nadenken over de f u n c t i e van machines) ontbreekt, maar kan door de leerkracht ingebracht worden vakoverschrijdende natuurkunde (alleen naar de technische kant z i t dat er wel i n ) .

-8-

HET LESMATERIAAL

1.

HET

THEMABOEK

Het themaboek "Machines en E n e r g i e " kan worden b e s t e l d b i j : BV U i t g e v e r i j NIB Postbus 144 3700 AC Zeist T e l . 03404-21624 Het themaboek i s bestemd voor a l l e

2.

APPARATUUR EN

leerlingen.

WERKMATERIAAL

P r a c t i c u m - en w e r k m a t e r i a a l moet door de s c h o o l z e l f worden v e r z o r g d . In de a p p a r a t u u r g i d s v i n d t u een o v e r z i c h t van h e t p r a c t i c u m m a t e r i a a l per thema. Voor een j a a r - o v e r z i c h t s l i j s t kunt u z i c h r i c h t e n t o t h e t PLON. Er wordt een o n d e r s c h e i d gemaakt t u s s e n b a s i s (B) m a t e r i a a l (dat i s datgene wat nodig i s om minimum d o e l e n t e b e r e i k e n ) en e x t r a (E) mater i a a l (onder andere t e n behoeve van keuze-opdrachten). Een s c h o o l d i e met PLON gaat werken, wordt aangeraden h e t e e r s t e j a a r a l l e e n h e t b a s i s m a t e r i a a l aan t e s c h a f f e n . Het e x t r a - m a t e r i a a l kan i n de j a r e n daarna a a n g e s c h a f t worden. De keuzemogelijkheden, d i e i n h e t e e r s t e j a a r b e p e r k t z i j n , kunnen zo i n l a t e r e j a r e n u i t g e b r e i d worden. Het v o o r d e e l daarvan i s ook, dat de l e r a a r dan meer e r v a r i n g h e e f t met de o r g a n i s a t i e van h e t p r a c t i c u m m a t e r i a a l i n de klas. Voor aanschaf van p r a c t i c u m m a t e r i a a l kunt u z i c h r i c h t e n t o t d i v e r s e f i r m a ' s . Met Breukhoven BV t e Rotterdam h e e f t PLON een samenwerkingsovereenkomst, w a a r b i j Breukhoven BV de l e v e r i n g van PLON-apparatuur op z i c h neemt. Deze h e e f t apparatuur voor de tweede k l a s vanaf 1982 b e s c h i k b a a r . Voor de derde en v i e r d e k l a s zo s p o e d i g m o g e l i j k daarna. Voor i n l i c h t i n g e n daarover: Breukhoven BV Mathenesserlaan 400 Postbus 6044 3002 AA Rotterdam T e l . 010-767688 Voor o v e r l e g en a d v i e s ( b i j v o o r b e e l d g e f a s e e r d e aanschaf) kunt u op h e t PLON Wim Kamphuis o f Ad van Gameren b e l l e n ( t e l . 030-532713 en 532717).

-9-

DIDAKTISCHE OPZET

Voor "Machines en Energie" z i j n c i r c a 14 lessen van 50 minuten nodig. Er z i j n v i e r delen i n deze lessenserie te onderscheiden: het oriëntat i e d e e l , het l e e r s t o f d e e l , het onderzoeksdeel en de afronding. Het thema i s opgezet a l s afronding van het energiebegrip. Het begint dan ook met een samenvatting van de b e l a n g r i j k e punten u i t voorafgaande energie-thema's. De b e l a n g r i j k s t e themavragen z i j n : hoe kun je vormen van energie i n of van voorwerpen herkennen? hoe kun je een bepaalde soort energie gebruiken om i e t s gedaan te k r i j g e n (bijvoorbeeld v e r l i c h t i n g , i e t s o p t i l l e n ) ; met andere woorden: om arbeid te verrichten? hoe kun je het rendement d a a r b i j zo hoog mogelijk maken? Om deze themavragen te kunnen beantwoorden wordt i n het b a s i s d e e l het begrip arbeid ingevoerd en toegepast op v e r s c h i l l e n d e s i t u a t i e s . De versnellingsbak neemt d a a r b i j een bijzondere plaats i n : je stopt er aan de ene kant arbeid i n , maar er komt aan de andere kant minder arbeid u i t . Dat l e i d t t o t het begrip rendement. Na de i n t r o d u c t i e van v e r s c h i l l e n d e energie-vormen en de eventueel bijbehorende formule wordt arbeid gepresenteerd a l s het omzetten van één soort energie i n een aantal andere soorten, waarvan er eventueel één i n het bijzonder gewenst wordt. B i j het ophijsen van een gewicht met een elektromotor wordt aangetoond, dat het z i n v o l i s een versnellingsbak a l s toerentalomzetter (ondanks het " a r b e i d s v e r l i e s " ) i n te zetten, omdat het rendement van het systeem a l s geheel daardoor groter wordt. Het basisdeel wordt afgerond met een aantal oefenopdrachten. In het onderzoeksdeel kunnen de l e e r l i n g e n een onderzoek kiezen, dat a a n s l u i t op eigen interessen (bijvoorbeeld bromfietsmotor, e l e k t r o motor-dynamo) of behoeften (bijvoorbeeld rendementsberekeningen extra oefenen). De leesteksten die a c h t e r i n staan, kunnen daarbij gebruikt worden. Het onderzoeksdeel kan worden afgerond met demonstraties door de l e e r l i n g e n van het v e r r i c h t e onderzoekswerk. Daarna kan een toets volgen.

onderzoek oriëntatiedeel

leerstofdeel

onderzoek

rapportage

afsluiting

2 lessen

1 les

onderzoek londerzoek

1 les

7

lessen

-10-

LESSENPLAN

Hieronder staat een voorbeeld-lessenplan voor 14 lesuren van 50 minuten uitgewerkt:

les oriëntatiedeel

1

leerstofdeel

er

machines energie

inleiding e n k e l e door de l e r a a r t e maken opdrachten ( z i e b l z . 13 van deze AVOL)

klassegesprek i n groepjes d o o r l e z e n en maken van e n k e l e oprdrachten van de l e r a a r

arbeid

basisdeel hfst. 1 practicummateriaal

leergesprek groepsproeven korte rapportage

arbeid

basisdeel hfst. 1 en o p d r a c h t e n hfst. 7

b e s p r e k i n g van de proeven, o p d r a c h t e n maken

v e r l i e s van a r b e i d i n de v e r s n e l l i n g s bak; rendement

basisdeel hfst. 2 practicummateriaal

leerlingenproef of demonstratieproef; leergesprek

vormen e n e r g i e ; formules

basisdeel hfst. 3 door l e r a r e n bedachte o p d r a c h t e n (voor s u g g e s t i e s z i e b i j l a g e 1)

leergesprek beantwoorden van de opdrachten

rendement e n e r g i e omzettingen

b a s i s d e e l h f s t . 4, 5 en o p d r a c h t e n u i t hfst. 7

leerlingenpracticum of demonstratie ( p r o e f 4.1 en 4.2); groepsleergesprek; o p d r a c h t e n maken i n groepjes; k l a s s i k a l e samenvatting

vermogen en rendement/ samenvatting

basisdeel hfst. 6 en o p d r a c h t e n u i t hfst. 7

i n groepen o p d r a c h t e n maken; k l a s s i k a l e samenvatting

korte

basisdeel

i n d i v i d u e l e opdrachten k i e z e n ; oriëntatie op de r a p p o r t a g e

E, . en E kin grav

5/ 6

onderzoeken

9 t/m 11

rapportage

afronding

toets/kiezen

i s nodig

werkvorm

h e t gaat over

onderzoek de keuze-onderzoeken e v t . aangevuld met z e l f b e d a c h t e onderzoeken

vervolgdeel e v t . e x t r a onc-eizoekssugesties

groepswerk

12 13

de onderzoeken, samenvatting

e i s e n aan de rapportage i n verband met de b e o o r d e l i n g

leerlingendemonstraties/ rapportages beoordeling

14

de s t o f voor h e t s o / proefwerk

(huiswerk-) proefwerk

i n d i v i d u e l e opdrachten (nabespreking)

-11-

LESSENPLAN

Leraren die met hun k l a s naar het r e g u l i e r e eindexamen toe moeten werken kunnen ervoor kiezen de extra t e behandelen onderwerpen (zie b l z . 7) te behandelen ten koste van de keuze-onderzoeken. Het i s wel aan t e raden enkele proeven u i t de keuze-onderzoeken te demonstreren en er berekeningen mee te doen, met name de keuze-onderzoeken 1 (eventueel i n combinatie met de " v r i j e " v a l ) , 3, 4 en 5.

DIDAKTISCHE AANWIJZINGEN

1.

HET ORIENTATIEDEEL

In het oriëntatiedeel wordt het thema nader t o e g e l i c h t . Het begrip "machines", wat voor de l e e r l i n g beperkt i s t o t dingen a l s hijskranen, draaibanken en e l e k t r i s c h e boren, wordt u i t g e b r e i d t o t a l l e werktuigen waarmee (bijzondere soorten) werk v e r r i c h t kunnen worden, zoals een n i j p t a n g , ophaalbrug, f i e t s of molen. Eventueel kan er een onderscheid gemaakt worden tussen "krachtomzetters" (nijptang, k a t r o l ) , toerentalomzetters (versnellingsbak) en energie-omzetters (windmolen, benzinemotor, elektromotor). In één machine z i j n meestal onderdelen van a l l e d r i e de soorten t e vinden. Het begrip energie wordt opgehaald u i t "Energie Thuis" en "IJs-WaterStoom". Verder komen de j o u l e , het vermogen en het rendement (van een CV) aan de orde. A l s werkvorm voor d i t deel kan een i n l e i d e n d klassegesprek genomen worden en daarna het doorwerken van de i n l e i d i n g van het leerlingenboek aan de hand van enkele opdrachten van de l e r a a r . Voorbeelden van die opdrachten kunnen zijn.: noem minstens d r i e "machines waarbij j e eigen inspanning i n een vorm wordt omgezet d i e beter geschikt i s om het wer*. te doen idem, maar dan voor de inspanning van d i e r e n noem minstens d r i e machines d i e op o l i e (wind, waterkracht, kolen, etc.) draaien s c h r i j f een kort v e r h a a l t j e (bijvoorbeeld van een halve b l a d z i j d e ) over een machine waarin de volgende woorden voorkomen ( i n de betekenis zoals ze i n i n l e i d i n g voorkomen!): energie, vermogen, rendement, j o u l e .

2.

HET LEERSTOFDEEL

Het l e e r s t o f d e e l van de lessenserie gaat over het b a s i s d e e l van het leerlingenboek. Eerst wordt het begrip "arbeid" en de formule daarvoor i n g e l e i d aan de hand van de proeven 1.1 t/m 1.6. De proeven 1.2 t/m 1.6 lenen z i c h voor een groepspracticum met een korte verslaggeving. De opdrachten over arbeid u i t h f s t . 7 kunnen i n groepjes gemaakt worden en i n de klas worden besproken. In h f s t . 2 wordt het begrip (arbeids-)rendement i n g e l e i d door te k i j k e n naar de arbeid d i e j e i n een versnellingsbak stopt en d i e j e e r u i t k r i j g t . De proeven 2.1 en 2.2 kunnen k l a s s i k a a l gedaan worden (bijvoorbeeld versnellingsbakken); 2.2 i s ook geschikt a l s demonstratieproef. In h f s t . 3 wordt de r e l a t i e tussen arbeid en energie-omzettingen u i t gelegd.

- 13-

DIDAKTISCHE AANWIJZINGEN

De formules voor k i n e t i s c h e - en g r a v i t a t i e - e n e r g i e worden zonder a f l e i d i n g gegeven. De wet van a r b e i d en k i n e t i s c h e e n e r g i e (tweede bewegingswet u i t "Verkeer en V e i l i g h e i d " ) wordt aangegrepen om t e l a t e n z i e n d a t de eenheid van e n e r g i e ( j o u l e ) h e t z e l f d e i s a l s de eenheid van a r b e i d (newtonmeter). A l s werkvorm kan h i e r de k l a s s i k a l e u i t l e g o f h e t l e e r g e s p r e k genomen worden. Ter verwerking daarvan kan de l e r a a r een a a n t a l opdrachten geven. Een v o o r b e e l d van d i e opdrachten v i n d t u i n b i j l a g e 1 van deze AVOL. In h f s t . 4 worden twee proeven gedaan w a a r b i j e n e r g i e - o m z e t t i n g e n en a r b e i d aan e l k a a r gekoppeld worden, en v e r v o l g e n s h e t rendement u i t g e r e k e n d wordt. Het i s m o g e l i j k één d e e l van de k l a s p r o e f 4.1 t e l a t e n doen en h e t andere d e e l p r o e f 4.2. Hoofdstuk 4 kan dan v r i j z e l f s t a n d i g door de groepen doorgewerkt worden met daarna een k o r t e rapportage over de e r v a r i n g e n met b e i d e proeven ( d i e e i k a a r s "omgekeerden" z i j n : e l e k t r o m o t o r *—* dynamo) . Hoofdstuk 5 gaat d i e p e r op de e n e r g i e - o m z e t t i n g e n i n . D i t h o o f d stuk kan, samen met de b i j b e h o r e n d e vraagstukken u i t h f s t . 7, v r i j z e l f s t a n d i g i n groepen worden doorgewerkt en k o r t i n een k l a s s e g e s p r e k worden samengevat. Dat z e l f d e g e l d t voor het b e r e kenen van h e t rendement u i t h e t ingangs- en uitgangsvermogen i n h f s t . 6 en de sommen daarover i n h f s t . 7. A l s a f s l u i t i n g van het l e e r s t o f d e e l kan een samenvatting gemaakt worden met de k l a s . Een k o r t e t o e t s over de b a s i s b e g r i p p e n e n e r g i e , a r b e i d , vermogen en rendement l i j k t h i e r op z i j n p l a a t s . De opgaven kunnen b e t e r nog n i e t te i n g e w i k k e l d z i j n . Het berekenen van h e t rendement i n i n g e w i k k e l d e s i t u a t i e s komt pas i n de onderzoeken aan de orde.

3.

HET

ONDERZOEKSDEEL

De onderzoeken 1, 2 en 3 hebben v o o r a l het k a r a k t e r van een h e r h a l i n g en een v e r d i e p i n g van de t h e o r i e van het l e e r s t o f d e e l . Deze z i j n dus g e s c h i k t voor de zwakkere l e e r l i n g d i e a l l e s nog eens moet overdenken. De onderzoeken 4 en 5 gaan op een nieuw a s p e c t i n : h e t omzetten van mechanische e n e r g i e i n warmte. Begrippen u i t "Verwarmen en I s o l e r e n " (onder andere s o o r t e l i j k e warmte) worden h i e r t o e g e p a s t . Onderzoek 6 i s w a a r s c h i j n l i j k h e t m o e i l i j k s t e . H i e r worden hoge e i s e n g e s t e l d aan de l e e r l i n g zowel wat b e t r e f t p r a c t i c u m - v a a r d i g heden (onder andere h e t meten van de v e r b r u i k t e benzine b i j de b r o m f i e t s ) a l s wat b e t r e f t de t h e o r e t i s c h e u i t w e r k i n g van de metingen: de g e l e e r d e b e g r i p p e n u i t het l e e r s t o f d e e l moeten i n een g e h e e l nieuwe s i t u a t i e worden t o e g e p a s t .

-14"

DIDAKTISCHE AANWIJZINGEN

B i j de i n l e i d i n g t o t het kiezen van onderzoeken i s het goed om de l e e r l i n g e n op deze v e r s c h i l l e n te oriënteren, zodat z i j een onderzoek kiezen dat n i e t a l l e e n i n t e r e s s a n t , maar dat ook zo goed mogelijk a a n s l u i t b i j wat de l e e r l i n g op dat moment nodig heeft: verdieping van de stof of u i t b r e i d i n g t o t een nieuwe s i t u a t i e ; de nadruk op technisch-instrumentele vaardigheden of op berekeningen. De onderzoeken worden zoals g e b r u i k e l i j k i n groepjes gedaan,en er v o l g t een rapportage/demonstratie van de groepen voor de klas, zowel t e r e v a l u a t i e van het onderzoek a l s om de leden van de andere groepen te informeren. De l e r a a r moet aangeven welke stukken van de rapportage iedereen voor het proefwerk of schoolonderzoek moet l e r e n . De rapportage kan worden beoordeeld door de l e r a a r , eventueel i n samenspraak met de groep of de k l a s . Voor 4-mavo-klassen kan die beoordeling meegenomen worden i n het schoolonderzoekcijfer op een van te voren te bepalen manier. Ook de eisen waaraan een rapportage moet voldoen, moeten van te voren bekend z i j n . Suggesties daarvoor staan i n het boek "het toetsen van p r a c t i s c h e vaardigheden", dat b i j het PLON v e r k r i j g b a a r i s .

4.

DE AFSLUITING

Als a f s l u i t i n g van het thema kan een samenvatting van de b e l a n g r i j k ste punten voor het proefwerk/schoolonderzoek/cse gemaakt worden en v o l g t het proefwerk. Voor mavo-4-klassen kan dat proefwerk a l s h u i s werk meegegeven worden en daarna besproken worden. Dat proefwerk kan de m o e i l i j k h e i d van een schoolonderzoek hebben (bijvoorbeeld oude schoolonderzoeksopdrachten of vraagstukken over "Machines en Energie" u i t het Repeteerthema of het examenboekje).

5.

SCHOOLONDERZOEK

In b i j l a g e 3 v i n d t u enkele demonstratiepractica d i e voor een schoolonderzoek gebruikt kunnen worden. In b i j l a g e 4 v i n d t u een s c h r i f t e l i j k schoolonderzoek over "Machines en Energie".

BOEKEN EN AUDIO-VISUELE MEDIA

SAMENWERKING MET HET NBLC EN HET NIAM

In samenwerking met het PLON heeft het NBLC l i j s t e n gemaakt met boeken, d i a ' s , f i l m s , t i j d s c h r i f t e n a r t i k e l e n en d e r g e l i j k e , die bruikbaar z i j n a l s a a n v u l l i n g op de thema's. Inlichtingen b i j : Het Nederlands B i b l i o t h e e k - en t.a.v. M. B a r t l i n g Taco Scheltemastraat 5 Postbus 93054 2509 AB Den Haag Tel. 070-264351.

Lectuurcentrum

Verdere informatie en adressen v i n d t u i n de AVOL's "Een Eerste Verkenning" en "Bruggen". In samenwerking met het NIAM heeft PLON-proefschoolleraar Theo Boks een aantal f i l m s uitgezocht b i j v e r s c h i l l e n d e thema's. Hieronder v i n d t u z i j n l i j s t voor het thema "Machines en Energie". Daarbij geeft h i j een korte omschrijving en gebruikssuggesties van enkele t o e p a s s e l i j k e f i l m s .

INLEIDING B i j e l k PLON-thema i s een l i j s t gemaakt van mogelijk te gebruiken f i l m s en/of video-banden, d i e te v e r k r i j g e n z i j n b i j : NIAM Sweelinckplein 33 Postbus 63426 2502 JK Den Haag t e l . 070-600924 TFC Arnhemsestraatweg 17 6881 NB Velp (Gld) tèl. 085-629188.

-16-

BOEKEN EN AUDIO-VISUELE MEDIA

De nummers voor de t i t e l s z i j n d i e van h e t NIAM; s t a a t e r a c h t e r de t i t e l de opmerking - v i d e o -, dan b e t e k e n t d i t d a t de f i l m ook op v i d e o b e s c h i k b a a r i s . De nummers van h e t TFC z i j n a c h t e r de t i t e l s vermeld. De v o l g o r d e waarin de f i l m s / v i d e o - b a n d e n staan vermeld, geven een voorkeur voor h e t g e b r u i k aan. H i e r b i j d i e n t opgemerkt t e worden, dat de keuze, b i j h e t n a s t r e v e n van bepaalde d o e l e i n d e n , n i e t a u t o m a t i s c h op de e e r s t e f i l m s / b a n d e n h o e f t t e v a l l e n . In de c a t a l o g u s van h e t NIAM i s van e l k e f i l m een u i t g e b r e i d e bes c h r i j v i n g en/of t o e l i c h t i n g t e v i n d e n . Voor de f i l m s van h e t TFC r a a d p l e e g t men de c a t a l o g i " e d u c a t i e en i n f o r m a t i e " en " t e c h n i e k " , de o m s c h r i j v i n g van de f i l m s i s daar v r i j summier. MACHINES EN ENERGIE 1862 1563 VC 40707 3212 1764 1559 3147 1741 1704 1648

1826

De industriële r e v o l u t i e i n Engeland James Watt Energie-omzetting E l e k t r i c i t e i t op t i j d E n e r g i e voor de toekomst Energie u i t materie Temperatura Raderwerk Het ABC van de verbrandingsmotor De d i e s e l m o t o r De P h i l i p s S t i r l i n g m o t o r Het ABC van de s t r a a l a a n d r i j v i n g

(alleen (video) (video) (video) (video) (video) (video)

video) TFC 311001

TFC TFC TFC TFC

120559 111144 142043 111033

TFC

142015

De industriële r e v o l u t i e i n Engeland. 16 mm f i l m - k l e u r - g e l u i d - 2 3 min. - 1975

Inhoud: A l l e gebruiksvoorwerpen worden aan h e t b e g i n van de 18e eeuw nog met de hand gemaakt. De stoommachine v e r o o r z a a k t een r e v o l u t i o n a i r e v e r a n d e r i n g . De machines gaan de s p i e r k r a c h t vervangen. E r o n t s t a a t een b l o e i e n d e m e t a a l - en t e x t i e l i n d u s t r i e , h e t v e r v o e r van de i n d u s t r i e p r o d u k t e n maakt een goed wegennet n o o d z a k e l i j k . De t r e k naar de s t a d , met a l l e gevolgen van d i e n , v i n d t p l a a t s . Toepassing: De f i l m kan goed d i e n e n a l s een h i s t o r i s c h e i n l e i d i n g op h e t onderwerp machines; e n e r g i e i s reeds v e l e malen bekeken.

BOEKEN EN AUDIO-VISULE MEDIA

1563 James Watt. 16 mm f i l m - z w a r t / w i t - g e l u i d - 1 2 min. - 1962. Inhoud: Zie

de AVOL van h e t thema

"IJs-Water-Stoom"

Toepassing: A l s i n l e i d i n g op d i t thema. De o n t w i k k e l i n g van de stoommachine h e e f t h e t handwerk v e r a n d e r d i n machinaal werk, met a l l e gevolgen voor h e t energiegebruik d i e daaruit v o o r t v l o e i e n .

VC 40707

Energie-omzettingen. v i d e o - k l e u r - g e l u i d - 3 0 min. - 1974

Inhoud: Zie

de AVOL van h e t thema " E n e r g i e T h u i s "

Toepassing: Het meest i n t e r e s s a n t e g e d e e l t e b i j d i t thema i s h e t b e g r i p "perpetuummobile", i n s t r i j d met de wet van behoud van e n e r g i e . Deze f i l m i s goed b r u i k b a a r a l s a f s l u i t i n g van h e t b a s i s d e e l .

3212 E l e k t r i c i t e i t op t i j d . 16 mm f i l m - k l e u r - g e l u i d - 2 5 min. - 1979 Inhoud: Zie

de AVOL van h e t thema " E n e r g i e T h u i s "

Toepassing: B a s i s d e e l hoofdstuk

5 - energie-omzettingen

1764 E n e r g i e voor de toekomst. 16 mm f i l m - k l e u r - g e l u i d - 2 2 min. - 1977 Inhoud: Zie

de AVOL van h e t thema "Energie i n de Toekomst"

Toepassing: B a s i s d e e l hootdstuk

5 - energie-omzettingen

1559 E n e r g i e u i t m a t e r i e . 16 mm f i l m - z w a r t / w i t - g e l u i d - 1 8 min. - 1961 Inhoud: Zie

de AVOL van h e t thema "Energie i n de toekomst"

Toepassing: B a s i s d e e l hoofdstuk

5 - energie-omzettingen;

kernenergie

-18-

BOEKEN EN AUDI O-VISUELE MEDIA

3147

Temperatura. 16 mm f i l m - k l e u r - g e l u i d - 2 1 min.

TFC -

120559

1970

Inhoud: Warmte i s beweging, koude i s de a f w e z i g h e i d van beweging. In h e t g e b i e d d a a r t u s s e n z i j n warmte en koude een vorm van e n e r g i e d i e de mens t e n d i e n s t e s t a a n . We v o l g e n de temperatuuraanduidirig b i j h e t s t i j g e n ; de h i t t e van de gasvlam; de warmte o n t w i k k e l d b i j weerstanden i n de e l e k t r i c i t e i t ; de e l e k t r i s c h e vlamboog en de warmte-ontwikkeling door i n d u c t i e ; t o t 30.000 graden van de plasmavlam. Daarna v o l g e n we h e t w e r k t e r r e i n van de k o e l t e c h n i e k met h e t v l o e i b a a r maken van gassen en de s u p e r g e l e i d i n g . Toepassing: E x t r a i n f o r m a t i e over een b i j z o n d e r e vorm van e n e r g i e ; h e t b e t r e f t voor de meeste l e e r l i n g e n v o l l e d i g onbekend g e b i e d .

1741

Raderwerk. 16 mm f i l m - k l e u r - g e l u i d - 2 0 min.

Inhoud: Het l e v e n wordt s t e r k vereenvoudigd door waarop w i j g e b r u i k maken van deze k r a c h t g e b r u i k van t e kunnen maken z i j n r a d e r e n b e e l d van de o n t w i k k e l i n g van h e t r a d i n de moderne t o e p a s s i n g e n .

TFC

een

111144

1976

de k r a c h t van de motor. De w i j z e i s e r g v e r s c h i l l e n d . Om e r n o o d z a k e l i j k . De f i l m g e e f t een de l o o p van de eeuwen t o t en met

Toepassing: De f i l m i s v r i j "technisch"'maar toepasbaar het rendement van de v e r s n e l l i n g s b a k .

b i j h e t keuzeonderzoek 1 -

Het ABC van de verbrandingsmotor 16 mm f i l m - k l e u r - g e l u i d - 1 1 min. -

TFC

Inhoud: De f i l m g e e f t een d u i d e l i j k e u i t l e g van de werking van de motor .

142043

verbrandings-

Toepassing: Onderzoek 6 - h e t rendement van de bromfietsmotor; l e e s t e k s t 1, p a r . 4 e n e r g i e v e r l i e s , benzinemotoren. Het i s een m o g e l i j k h e i d voor e x t r a i n f o r m a t i e over een machine d i e d a g e l i j k s g e b r u i k t wordt.

1704

De d i e s e l m o t o r . 16 mm f i l m - k l e u r - g e l u i d - 2 0 min.

Inhoud: De g r o t e v o o r d e l e n van de d i e s e l m o t o r b e d i e n i n g en h e t hoge rendement. Deze t o t de meest g e b r u i k t e motor gemaakt. i n de p r a k t i j k en h e t p r i n c i p e van de als viertakt). Toepassing: Z i e "Het ABC

van de

TFC -

111033

1972

z i j n de eenvoudige k o n s t r u k t i e en eigenschappen h e e f t de d i e s e l m o t o r De f i l m t o o n t de d i v e r s e t o e p a s s i n g e n werking van de motor (zowel twee-

verbrandingsmotor".

-19-

BOEKEN EN AUDIO-VISUELE MEDIA

1648

De P h i l i p s S t i r l i n g m o t o r . 16 mm f i l m - k l e u r g e l u i d - 1 8 min.

TFC -

1969

Inhoud: De S t i r l i n g m o t o r i s m i s s c h i e n een motor van de toekomst. Het p r i n c i p e i s d u i d e l i j k anders dan b i j de verbrandingsmotor: i n de z u i g e r r u i m t e v i n d t géén v e r b r a n d i n g p l a a t s . De motor i s daardoor g e s c h i k t voor v r i j w e l e l k s o o r t van " b r a n d s t o f " . De motor h e e f t een hoog rendement en werkt p r a k t i s c h geruisloos. Toepassing: Het i s d u i d e l i j k een nieuwe machine d i e voor het e n e r g i e v e r b u i k een p o s i t i e f r e s u l t a a t kan o p l e v e r e n door z i j n g r o t e r rendement en minder b e l a s t i n g van het m i l i e u . A f s l u i t i n g van het thema.

Het ABC van de s t r a a l a a n d r i j v i n g 16 mm f i l m - k l e u r - g e l u i d - 1 6 min. -

TFC

142015

19

Inhoud: Het p r i n c i p e van de werking van de s t r a a l m o t o r wordt u i t e e n g e z e t met z i j n v o o r - en nadelen i n v e r g e l i j k i n g met de andere verbrandingsmotoren. De v e r s c h i l l e n d e o n d e r d e l e n van de s t r a a l m o t o r worden getoond met hun functies. Toepassing: Z i e "het ABC

van

de

verbrandingsmotor".

-21-

LERARENVRAGENLIJST

J

:

l l We z i j n benieuwd naar uw e r v a r i n g e n met h e t thema "Machines en E n e r g i e " Uw opmerkingen, commentaar en e r v a r i n g e n kunnen w i j m o g e l i j k verwerken i n de volgende v e r s i e van deze AVOL. Wij zouden h e t daarom e r g op p r i j s s t e l l e n a l s u onderstaande v r a g e n l i j s t i n g e v u l d zou w i l l e n t o e s t u r e n naar h e t PLON Lab. Vaste S t o f t . a . v . Ton van d e r V a l k Postbus 80.008 3508 TA U t r e c h t . L e e s t u de v r a g e n l i j s t e e r s t even i n g r o t e l i j n e n door, dan k r i j g t u een i n d r u k hoe u de l i j s t "economisch" kunt i n v u l l e n , t e r w i j l u t o c h uw' enthousiasme en uw k r i t i e k k w i j t kunt.

Datum

OVER DE LERAAR EN DE SCHOOL

Naam l e r a a r

Naam s c h o o l

Plaats

L e s e r v a r i n g natuurkunde:

j a a r , waarvan

In welke k l a s s e n hebt u met h e t thema "Machines (leerjaar/schooltype)

Hoeveel l e e r l i n g e n waren d i t i n t o t a a l ?

Hoeveel natuurkunde-uren

en E n e r g i e " l e s gegeven

leerlingen

hebt u p e r week p e r k l a s b e s c h i k b a a r ?

ALGEMENE VRAGEN OVER HET ONDERWIJS

Hoe kwam u "Machines

j a a r met PLON

en E n e r g i e " op h e t spoor?

-22-

LERARENVRAGENLIJST

Kent u andere PLON-thema's

ja/nee

Welke thema's h e e f t u voor en na "Machines en E n e r g i e " Hoe was de a a n s l u i t i n g d a a r b i j ?

behandeld?

OVER "MACHINES EN ENERGIE"

Had

u een amanuensis om u t e helpen?

ja/nee

Hoeveel t i j d h e e f t u z e l f besteed aan de t e c h n i s c h e proeven) en d e r g e l i j k e uur

Hoeveel t i j d h e e f t u z e l f besteed ( l e s s e n p l a n , proeven, e t c . )

v o o r b e r e i d i n g (de

aan de i n h o u d e l i j k e uur

voorbereiding

Opmerkingen h i e r o v e r :

Wilt u hieronder

uw l e s s e n p l a n voor "Machines en E n e r g i e "

weergeven?

-23-

LERARENVRAGENLIJST

Heeft u toetsen/proefwerken gegeven?

ja/nee

Zo j a , dan zouden w i j het op p r i j s s t e l l e n a l s u (een copie) van de opgaven b i j s l u i t . Heeft u materiaal bijgemaakt; i n welke vorm dan ook?

ja/nee

Zo j a , dan zouden w i j het op p r i j s s t e l l e n a l s u een copie daarvan bij sluit.

KRITIEK OP HET MATERIAAL Hieronder kunt u uw p o s i t i e v e en negatieve opmerkingen over de afzond e r l i j k e delen van het materiaal k w i j t (te lang, t e k o r t , weglaten, inkorten, te m o e i l i j k , v o o r s t e l l e n voor verbetering, etc.) Themaboek i n l e i d i n g :

i i Themaboek basisdeel:

Themaboek

keuze-onderzoeken:

-24-

LERARENVRAGENLIJST

Themaboek

De

leesteksten:

apparatuurgids:

De AVOL:

KRITIEK OP HET

TOTAALCONCEPT

Welke l e e r s t o f was t e m o e i l i j k ?

Welke l e e r s t o f was t e m a k k e l i j k ?

Welke l e e r s t o f moet v e r v a l l e n ?

Waarom moet ze v e r v a l l e n ?

-25-

LERARENVRAGENLIJST

Welke l e e r s t o f moet worden toegevoegd?

Waarom?

Welke onderdelen van het lessenplan u i t de AVOL (blz.10) zou u w i l l e n veranderen?

Noemt u a.u.b. d r i e bijzondere voordelen van "Machines en Energie"

Noemt u a.u.b. d r i e bijzondere nadelen van "Machines en Energie"

Gaat u "Machines en Energie" volgend jaar weer gebruiken?

ja/nee

-27-

BIJLAGE Dl

MOGELIJKE OPDRACHTEN BIJ HOOFDSTUK 3 VAN HET BASISDEEL

1.

Hoeveel energie wordt gebruikt door een boormachine die d r i e minuten op de netspanning van 220 v o l t d r a a i t en twee ampère stroom gebruikt.

2.

Hoeveel chemische energie v e r b r u i k t een motorpomp d i e een hele dag werkt en per uur 0,25 l i t e r brommerbenzine verbruikt?

3.

Hoeveel bewegingsenergie heeft een t r e i n van 26.000 kg, d i e 140 km/uur r i j d t ?

4.

Hoeveel g r a v i t a t i e - e n e r g i e b e z i t een vogel van 50 gram op 25 meter hoogte?

5.

Hoeveel arbeid v e r r i c h t een l i f t m o t o r die een l i f t van 100 kg met d r i e mensen van 75 kg van de begane grond naar de 20ste verdieping (75 meter hoogte) t i l t ?

6.

Hoeveel gram water van 20 °C kan je met behulp van zonnestraling; op de evenaar aan de kook brengen op een oppervlak van 1 m i n één seconde? Gegeven i s , dat de s o o r t e l i j k e warmte van water 4:200 J/kg °C i s . Neem aan (wat o n w a a r s c h i j n l i j k i s ! ) , dat a l l e energie van de zonnestraling i n het water gaat z i t t e n .

7.

Nederland gebruikt per jaar J energie. Hoeveel kilogram uranium - 235 zou er nodig z i j n om die energie te leveren? Waarom zou d i e hoeveelheid i n de p r a k t i j k veel groter z i j n ?

8.

Geef één proef waaruit b l i j k t dat warmte een vorm van energie is.

-28-

BIJLAGE

D2

OPEN ONDERZOEK (suggestie van Jan Roelofs u i t B l e r i c k ) B i j het aanbieden van onderzoeksmogelijkheden kun je a l s l e r a a r steeds toevoegen: "Of een ander l e u k / n u t t i g / i n t e r e s s a n t onderzoek op d i t gebied, naar eigen keuze". A l s een groep hierop reageert, dan i s "mijnheer, wij zouden wel ns ...." de i n l e i d i n g van een gesprekje waarin die v r i j e keuze gewogen kan worden. Die weging heeft betrekking op 1) de inhoud van het experiment 2) de haalbaarheid ten aanzien van l e e r l i n g e n , l e r a a r , t i j d , materiaal 1

Het i s wel p r e t t i g om een idee achter de hand te hebben om eventueel een tegenvoorstel te doen of om een groep u i t te dagen wat anders aan te pakken. 1.

Het rendement van de versnellingsbak i n de eerste t o t en met de zesde v e r s n e l l i n g . P t ^ - J t o e r e n t a l g e l i j k houden door de b e l a s t i n g van de versnellingsbak te variëren. e n

m o

Z

n

o r

2.

Het rendement van een motor b i j diverse t o e r e n t a l l e n en een bel a s t i n g van 3 N.

3.

Het rendement van een motor die constant 40 r/s d r a a i t en waarvan de b e l a s t i n g van 1 t/m 6 N gevarieerd wordt. (In de samenv a t t i n g kunnen conclusies getrokken worden u i t opdracht 1, 2 en 3) .

4.

Het rendement van een bromfietsmotor. Meet het benzineverbruik b i j het optrekken vanuit s t i l s t a n d t o t 30 km/h en meet F

gem.

= F

wrijving

+ F weerstand l u c h t

b i j een snelheid van 21 5.

km/h.

Wanneer k r i j g je het hoogste rendement u i t d i t motortje t i e van t o e r e n t a l en b e l a s t i n g ) . Let op de o r g a n i s a t i e van d i t experiment.

(varia-

-29-

BIJLAGE D3

DEMQNSTRATIEPRAKTIKUM "MACHINES EN ENERGIE"

O p s t e l l i n g van proef I

È Gegeven s en m . Doe de proef. (Hierbij moet het

gewichtje

over afstand s eenparig bewegen.) -9 U, I,en t A

Met welk rendement werd h i e r e l e c t r i c i t e i t opgewekt ?

^

3

Welke energieomzettingen

G

Het rendement van de v e r s n e l l i n g s b a k bedroeg bij deze proef 55 %

hebben bij deze proef p l a a t s gehaoT?^~~~

Bepaal nu het rendement van de dynamo. D

Bereken E j .

waarmee het gewichtje op de t a f e l belandde.

Misschien kunnen we het readement bij proef I vergroten door de v e r s n e l l i n g s b a k weg te l a t e n .

We

zullen zien...

O p s t e l l i n g van proef I I

or "scherp" te s t e l l e n kan eventueel v i a v„ en gem eind'\i* bij het neerkomen op de

V

b

e

r

e

k

e

n

d

v

o

r

d

e

n

tafel.

Doe

de proef.(Het gewichtje d i e n t nu

eenparig v e r s n e l d te bewegen.) I

2em' E

Verklcar

gem

en

waarom de opbrengst

aan e l e c t r i s c h e energie

(en dus het rendement) nu v e e l l a g e r i s . (Denk aan

de

p l o f d i e j e hebt gehoordi J P.S.

Zo een timer ( i n honderste

seconden)

hoeft maar-y* 60,- te kosten.

-30-

BIJLAGE D3

Laat een (met zorg uitgekozen) balpen van ongeveer 15 cm hoogte op de werktafel s t u i t e n . (Het indruk-knopje moet zo loodrecht cogely'k de t a f e l

treffen.)

Oodr. A Beschrijf de energie-omzettingen die' bij deze proef plaats hebben gehad. We gacn deze proef nu een aantal keren herhalen en we v u l l e n deze t a b e l i n . METINGEN J valhoogte terugveerhoogte _ i n cm i n cm 0 " ' 10 20 30 4-0 _ He,ik kan er mee 50 _ schrijven. 0?dr.

3

De massa van de balpen i s

10 g .

Zet i n een diagram de terugveerhoogte u i t tegen de valhoogte van de

Qpdr. 0 Bepaal de energie d i e nodig i s om het knopje i n te drukken. Q

?

d r

-

D

Beschryf een andere

( l i e f s t betere ) manier om de arbeid

te bepalen

die nodig i s om het knopje i n te drukken.

De proef r e s u l t a t e n zijn stérk afhankelijk van het type balpen en de Meetresultaten: 0 10 20 30 40 50

0 1

yi 7

i 3

ondergrond.

pen.

-31-

BIJLAGE D4

SCHOOLONDERZOEK "MACHINES EN ENERGIE" (MAASVELD MAVO)

• •

v

3-

In bovenstaande proef wordt door een zakkend gewicht een dynamo aangedreven. De dynamo wordt b a l a s t met een lampje, a Teken i n de f i g u u r de e l e c t r i s c h e aansluitingen. In d i e schakeling dien j e ook de 7 en de A meter op te nemen, b Welke energie omzettingen .•cun j e i n deze proef aanwijzen ?

.

.

.

.

.

Het massa stuk van 2 kg zak", met een constante snelheid i n een tyd van 6 seconden over de afstand van 1,50 m. De meters w\jzen gedurende d i e tyd de waarden : 6,0 V en 0,15 A aan. e Bereken hét rendement bij deze proef.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

d Wat i s de f u n c t i e van de versnellingsbak i n deze o p s t e l l i n g ?

e Bereken de k i n e t i s c h e energie d i e het gewicht had toen dat gewicht - na 6 seconden lang het

lampje'gevoed'te hebben - op de t a f e l belandde.

.

.

.

.

.

.

.

Een l e e r l i n g maakt met hetzelfde motortje de nevenstaande p r o e f o p s t e l l i n g en z i e t nu het gewicht een (eenparig) versnelde beweging maken. De "valtyd" (pas op; geen vrije v a l ! ) bedraagt 0,6 s . Gevraagd:

l '

1

1

*

UftL

^kin.waarmee het gewicht op de t a f e l komt

.

.

.

,

-32-

BIJLAGE D4

g Maak een goed beredeneerde schatting van de electr.energie geleverd

a

.

.

.

.

.

.

.

.

.

d i e nu aan het lampje wordt .

.

.

.

.

.

2 Met de h i e r geschetste p r o e f o p s t e l l i n g werd het rendement van een motor bepaald. De meetgegevens : V-lt-meter

9,0 V

Ampère meter 0,30 Toerenteller

A

4.0 / s

De omtrek van het aandrijf v i e l e t je i s 2 cm. De veerunsters wijzen 0,8 en 0,3 N aan. a

Gevraagd :

Teken i n de veerunsters de gegeven waarden.

Let

daarbij op de gegeven d r a a i r i c h t i n g van de motor, b

v.J

nolv

Beschrijf i n het kort hoe j e t o t de keuze i n vraag a bent gekomen

•

c

Bereken het rendement van de motor,

i

Vind j e deze motor goed, matig of s l e c h t . Geef een t o e l i c h t i n g hy j e keuze.

e

Bereken hoeveel warmte i n 1 minuut tussen aandryfwiel en touu o n t s t a a t . .

f

Hoeveel warmte z a l er dan i n 1 minuut i n de motar z e l f ontstaan ?

.

•

Om een koperen c y l i n d e r i s een ',ouu geslagen. Aan de ene kant hangt een gewicht van 10 M . Aan de andere ^t-*airicUi»]

kant i s een veerunster bevestigc. De veerunster wyst gemiddeld 2 N aan. De c y l i n d e r vordt met de hand rondgedraaid . a

Hoe groot i s de wrijvingskracr.t

tussen touw en c y l i n d e r ?

De zwengel wordt 100 x rondgedraaid. De omtrek van de c y l i n d e r i s 13 cm . b

Hoeveel arbeid i s er door he~ draaien geleverd ?

BIJLAGE D4

De koperen c y l i n d e r 'heeft een massa van 0,2 kg . De soortelijke Jarmte van koper i s 39 J/kg.K . De koperen c y l i n d e r steeg U K i n temperatuur. c

Bereken het rendement by d i t experiment.

.

.

.

.

.

.

.

.

d

Waarom z a l een hoger rendement verkregen worden a l s er s n e l l e r gedraaid uordt ?

e

Om de proef s n e l l e r te kunnen uitvoeran moet de persoon die aan de awengel d r a a i t : A

Een grotere massa hebben.

C

meer arbeid v e r r i c h t e n .

B

een groter vermogen leveren

D

met grotere kracht draaien.

-34-

BIJLAGE D5

SCHOOLONDERZOEK "MACHINES EN ENERGIE" (REGINA PACIS STREEKSCHOOL VOOR MAVO)

Een gedeelte van d i t school-onderzoek z a l bestaan u i t een p r a c t i s c h e opdracht. Je

kunt maximaal een k w a r t i e r met de o p s t e l l i n g werken om j e meetresultaten te v e r -

krijgen.

In de t i j d

deerne heb j e nog wel de m o g e l i j k h e i d om de meetresultaten te

verwerken t o t een v e r s l a g .

p r a c t i s c h e opdracht;

H i j s e n met de elektromotor. Je

v i n d t een o p s t e l l i n g , waarin een elektromotor een gewicht

1 meter omhoog moet h i j s e n .

Maak de o p s t e l l i n g zo, dat j e het arbeidsrendement van d i t h i j s w e r k t u i g kunt bepalen. a

B e s c h r i j f de o p s t e l l i n g , d i e j e gemaakt hebt m.b.v. een tekening. ( a l l e e n d i e v e r anderingen d i e j i j hebt aangebracht )

b

Welke energie omzettingen vinden h i e r p l a a t s ?

c

Welke metingen ga j e v e r r i c h t e n ?

d

Je gaat achtereenvolgens

a)

een gewicht van 1N

b)

een gewicht van 2N

1 meter omhoog h i j s e n .

Voer e l k e meting minstens twee keer u i t en zet j e meetresultaten i n een t a b e l . e

Bereken het arbeidsrendement van d i t h i j s w e r k t u i g voor de v e r s c h i l l e n d e massa's.

f

Geef een v e r k l a r i n g voor het eventueele v e r s c h i l i n rendement b i j het h i j s e n

met

een gewicht van 1N en een gewicht van 2N. H

g_ i J s het

n

u

nogmaals het gewicht van 2N op en l a a t nadat j e de stroom hebt u i t g e s c h a k e l d

gewicht u i t z i c h z e l f naar beneden zakken. Doe h i e r ook metingen

aan.

h

Bepaal i n de situatrie van g) het arbeidsrendement.

i

Geef k o r t j e kommentear op de meetresultaten a l s j e het h i j s e n en het v a l l e n van het gewicht van 2N gaat v e r g e l i j k e n .

# NB vanwege de grote hoeveelheid g e l i j k t i j d i g e metingen kan deze praktische opdracht het beste i n groepjes van 2 leerlingen gedaan worden.

-35-

BIJLAGE D5

t h e o r e t i s c h gedeelte: Q

Een machine i s een energie omzetter, energie —>

arbeid — »

i e d e r proces i s te beschrijven a l s :

energie

g e s c h r i j f de volgende processen o f systemen zo v o l l e d i g mogelijk met behulp van bovenstaande

gegevens: 3

3

^ aj

, , _ het remmen van een auto

b)

het f i e t s e n

m

m

m

met constante snelheid en met brandend

voor en a c h t e r l i c h t . c)

een kerncentrale

d)

bedenk een machine of systeem dat g r a v i t a t i e energif omzet i n e l e k t r i s c h e energie.

i ^ ) Een gevangene

voert sen

ontsnappings poging u i t m.b.v. een wip-toestel. Door middel van een touw l a a t h i j op de ene z i j d e van de wip een k e i v a l l e n

k« Qrry

met een massa van 150 kg. t e r w i j l h i j z e l f op de andore kent van het t o e s t e l staat.

A l s gegeven i s dat het

arbeidsrendement van het w i p - t o e s t e l 59)6 bedraagt en det de gevangene een massa van 80 kg. heeft,

l a a t dan door berekening zien o f de gevangene ontsnappings-

kansen heeft, de hoogte van de gevengenismuur bedraagt 8 meter.

Om een koperen c i l i n d e r i s een touw geslagen. Aan de ene kant hangt een gewicht van 15N en aan de andere kant i s een veerurnster bevestigd. De c i l i n d e r wordt met constante snelheid rondgedraaid, zodat da veerurnster 0.M aanwijst. a)

Welke energie-omzettingen vinden e r plaats ?

b)

Hoeveel bcdreegt nu de wrijvingskracht tussen touw en zwengel ?

c)

De zv.-engel wordt 100 keer rond gedraaid, de s t r a a l van de c i l i n d e r i s 4 cm. Hoeveel bedraagt nu de wrijvings-energie ?

d)

(nr« %,«H)

Da koperen c i l i n d e r heeft een massa van 0,2 kg. se s o o r t e l i j k e warmte van koper is

390

J / kg / c . Hoeveel graden i s het koper i n temperatuur gestegen a l s

a l l e warmte een hst keper wordt toegevoerd.

-36-

BIJLAGE D5 @

In Ouitaland s t a a t i n een park een zeer bijzondere f o n t e i n . Het bijzondere i s dat de energie d i e nodig i s om het water omhoog te s p u i t e n , geleverd wordt door het systeem z e l f . Als a l l e deelsystemen zouden hebben hebben we h i e r te maken met een a

een rendement van

100%

PERPETUUM MOBILE.

In f i g u u r 1. moet j e proberen het perpetuum mobile i n e l k a a r te z e t t e n , met behulp van de onderdelen u i t f i g u u r 2.

Teken dat!!!

tj. B e s c h r i j f de werking van het apparaat. c

S c h r i j f op b i j welke energie-omzetting het gaat b i j : -de zonnecellen -de elektromotor -de dynamo -de lamp

I

Helaas hebben we b i j elke energie omzetting te maken mat

energie-verliezen,

zodat ons perpetuum mobile maar een droomwens i s . Gegeven i s dat: - de zonnecellen een rendement hebben van 15%, -de elektromotor een rendement van 85%, -de lamp een rendement van 5%, -dynamo rendement 85%. GL

S t e l nu dat de zonnecellen over een bepaalde periode 1000 J toegevoerd k r i j g e n , bereken dan met

behulp van bovenstaande gegevens hoeveel e r van die 1000 J weer

terug komt b i j de zonnecellen i n de vorm van l i c h t e n e r g i e .

-pomp

ftiaWttow* o Lo r

® —£Z>=

©

-37-

BIJLAGE D5

Een auto met een t o t a l e massa van 45C kg, r i j d t met een constante snelheid van 90 km / uur. g, 8epaal de hoeveelheid energie die de auto b e z i t . Met deze snelheid botst de auto f r o n t a a l tegen een s t i l s t a a n d e container met 150 kg. Na de botsing duwt de auto de container voort met b

een s n e l h e i d van 54km /uur

Bereken m.b.v. bovenstaande gegevens hoeveel energie e r met de botsing v e r l o r e n i s gegaan.

c

Waar i s deze energie gebleven?

VOOf

©

de

na

Wot^in^

de

Op een p a l l e t staan 24 dozen elk met een massa van 15 kg. De p a l l e t wordt met een vork-heftruck v e r p l a a t s t . a_ Hoe groot i s de kracht d i e de vork-heftruck minimaal moet uitoefenen om de p a l l e t v e r t i k a a l op te t i l l e n ? b_

8ereken de benodigde arbeid om d i t over een afstand van 3 meter te doen.

c

Bereken het vermogen dat de heftruck l e v e r t a l s het 4 seconden duurt cm de p a l l e t 3 meter op tB heffen.

d_

massa

Bereken het vermogen i n P.K.

a l s gegeven i s dat 1 P.K.-

750 J/sec.

-38-

BIJLAGE D6

EEN LEERLINGENVERSLAG: HET RENDEMENT VAN EEN BROMMER (Maasveld Mavo 1980)

Het vermogen en het rendement berekenen van een brommer

We begonnen met het i j k e n van de k i l o m e t e r t e l l e r d i e op de brommer z a t . Daar hadden we d r i e man voor nodig: een man a l s vaste bestuurder en twee tijdwaarnemers. De tijdwaarnemers s t a r t t e n hun stop-watches p r e c i e s g e l i j k en gingen 20 meter u i t e e n staan. De brommer kwam a a n r i j d e n met een constante s n e l h e i d van 40 k i l o m e t e r . A l s de brommer v o o r b i j de e e r s t e tijdwaarnemer r i j d t , stopt d i e z i j n stop-watch. D i t z e l f d e doet de tweede tijdwaarnemer a l s de brommer een paar seconden l a t e r v o o r b i j komt. We namen h e t v e r s c h i l van de twee t i j d e n en we deelden h e t a a n t a l meters door h e t a a n t a l seconden. D i t deden we ook met 20 k i l o m e t e r per uur. E e r s t e s n e l h e i d - 40 km/uur (die de t e l l e r aangaf) ongeveer 11 m/s. E e r s t e t i j d - 2 seconden. Afstand parcours - 22 meter. H i e r u i t v o l g t 22 m : 2 s i s ongeveer uur k l o p t de k i l o m e t e r t e l l e r .

i s 40.000 m/3.600 s i s

40 k i l o m e t e r per uur. Dus b i j 40 km/

Tweede s n e l h e i d - 20 km/uur i s 20.000 m/3.600 s i s 5,5 m/s. Tweede t i j d - 3,9 seconden. Afstand parcours - het z e l f d e . H i e r u i t v o l g t 22 m : 3,9 s i s 20,3 km/uur. Deze a f w i j k i n g komt w a a r s c h i j n l i j k door een meetfout.

De

rendementsberekening

E e r s t moesten we weten wat de brommer op een bepaald parcours v e r b r u i k t . Dat deden we met een slang d i e we op de b e n z i n e - i n l a a t van de c a r b o r a teur p l a a t s t e n . Op de slang hadden we b i j e l k e ral een s t r e e p gezet. In de slang deden we benzine en begonnen t e r i j d e n . De verbrandingswarmte van benzine i s 33.000.000.000 J per 1.000 l i t e r , dus 33.000 J perral.Het gewicht van de brommer (Puch maxi) en bestuurder was 95 kg. De s n e l h e i d 40 km/uur i s 40.000/3.600 i s 11 ra/s. De energie d i e we e r i n stopten was 1 ml benzine, dus 33.000 J . De energie die we e r u i t haalden was: E. . i s ^ mv waaruit v o l g t h x 95 x 121 = 5748 J. Kin

Rendement i s energie e r u i t , gedeeld door de energie e r i n . Dat maal 100%, dus 5.748 : 33.000 i s ongeveer 17%. Fouten: -

metingen n i e t op de eentiende nauwkeurig de verbrandingswarmte van benzine i s n i e t p r e c i e s .

-39-

BIJLAGE D6

aut. koppeling ketting tandwielen w r i j v i n g van de wielen

chemische energie

70% warmte 30% arbeid

warmte

arbeid

arbeid

w r i j v i n g met de lucht w r i j v i n g a l s er geremd wordt

k i n . energie

WARMTE

Hier kun je z i e n wat er van de benzine o v e r b l i j f t . Het e i n d s t a t i o n i s toch warmte.

Dit i s een g r a f i e k van de v e r s n e l l i n g van de brommer. Je kunt z i e n , dat er i n het begin veel verloren gaat door de automatische koppeling.

_40_

BIJLAGE D6

Nu hebben we ook nog h e t vermogen, d a t op h e t a c h t e r w i e l komt t e staan berekend. We hebben de brommer op l a t e n t r e k k e n van n u l t o t v e e r t i g . D a a r b i j hebben we ook de t i j d gemeten. 2

2

F x t =

*2 mv

F x 8 =

h x 95 x 121 - 0

e

F = 718 W

- -j mv e

750 i s ongeveer een PK.

Deze 718 W komt a l l e e n op h e t a c h t e r w i e l ; de motor h e e f t wel v e e l meer PK, maar deze worden omgezet i n een k l e i n e r e k r a c h t en een g r o t e r e weg. D i t g e b e u r t door t a n d w i e l e n . De k r a c h t op h e t a c h t e r w i e l i s g r o t e r , want we hebben de w r i j v i n g s k r a c h t v e r w a a r l o o s d ; d i t i s ongeveer t w i n t i g Newton. Het rendement van een goede e l e k t r o m o t o r i s ongeveer 70% en van een goede verbrandingsmotor ongeveer 25%, d i t z e l f d e , maar dan van een s t o o m t r e i n , i s ongeveer 15%.

D i t v e r s l a g i s gemaakt door: FRANK STOFMEEL MARSEL LAMMERS FRANK GRUBBEN.

APPARATUURGIDS

MACHINES EN ENERGIE

INHOUD

inleiding benodigdheden

42 per p r o e f

44

bijzonderheden

50

werktekeningen

51

materiaaloverzicht

56

adressen

58

-42-

INLEIDING

Deze i n l e i d i n g geeft informatie over de vorm en de inhoud van de apparatuurgids. Deze gids bestaat u i t v i e r delen: 1. benodigdheden per proef en onderzoek; 2. m a t e r i a a l o v e r z i c h t ten behoeve van aanschaf, o r g a n i s a t i e en berging; 3. b i j zonderheden, b i j v . werktekeningen, bouwbeschrijvingen en wie l e v e r t ; 4. adressen van l e v e r a n c i e r s .

1. BENODIGDHEDEN PER PROEF EN ONDERZOEK D i t overzicht bestaat u i t twee kolommen. De l i n k e r kolom bevat aanwijzingen voor de proeven. In de rechter kolom staan de benodigde materialen en apparatuur. Iedere proef wordt apart weergegeven. Voor de proef staat een verwijsnummer (...). Het verwijsnummer i s van belang voor de o v e r z i c h t s l i j s t e n . Daarmee wordt het materiaal teruggekoppeld naar de proeven, zodat o n m i d d e l l i j k vastgesteld kan worden hoe vaak en waar het materiaal i n de d i v e r s e proeven gebruikt wordt. Voor het verwijsnummer wordt soms een B geplaatst. B betekent dat de proef behoort t o t het basis-lessenplan en b e s l i s t moet worden gedaan. A l l e andere proeven worden a l s extra beschouwd. In de l i n k e r kolom wordt tevens aangegeven: - de p l a a t s van de proef i n het thema-boek - de werkvorm, b i j v . l e e r l i n g e n p r o e f , knutselproef e.d. - korte samenvatting van leerdoelen en l e e r l i n g a c t i v i t e i t e n i n r e l a t i e met de aard van de benodigdheden d i e i n de rechter kolom staan - foto's en/of tekeningen i n d i e n deze t e r v e r d u i d e l i j k i n g nodig z i j n . In de rechter kolom staan per proef de benodigdheden. Indien nodig wordt door het ! teken de l e r a a r opmerkzaam gemaakt voor een bijzonderheid b i j d i t onderdeel en v e r w i j s t daarvoor door naar de B i j zonderheden. Aanwijzingen d i e van s p e c i a a l belang z i j n worden i n de betreffende kolommen omkaderd; i n de l i n k e r kolom i n het belang van de l e s ; i n de rechterkolom met betrekking t o t de proef. Tussen de regels staan vaak k l e i n e t i p s en a l t e r n a t i e v e n vermeld.

-43-

INLEIDING

2. MATERIAAL-OVERZICHT, TEN BEHOEVE VAN AANSCHAF, ORGANISATIE EN BERGING Deze l i j s t i s onderverdeeld i n zeven rubrieken: - s p e c i f i e k e apparatuur en materiaal; - audiovisuele media; - meten en wegen; - algemene hulpmiddelen zoals s t a t i e f m a t e r i a a l e.d.; - gereedschappen e.d.; - chemicaliën e.d.; - verbruiksmateriaal, zoals papier e.d., l i j m , potjes, b l i k k e n , waarmee l e e r l i n g e n z e l f apparaten kunnen maken. Het materiaaloverzicht geeft informatie over b a s i s - a a n t a l l e n materiaal en apparatuur en ook de extra's. Verder de kosten d i e eraan verbonden z i j n . Door de verwijsnummers te vermelden i s terug te vinden i n welke proeven een bepaald materiaal of apparaat wordt gebruikt.

3. BIJZONDERHEDEN B i j de bijzonderheden vinden we verdere aanwijzingen over een onderdeel u i t de benodigdheden. Bijzonderheden kunnen uiteen lopen van werktekeningen tot bouwbeschrijvingen, a l t e r n a t i e v e n e.d. Verder worden ook aanwijzingen gegeven over leveranciers en bestelnummers van bepaalde onderdelen.

4. ADRESSEN De a d r e s s e n l i j s t bevat, hoofdzakelijk adressen van leveranciers van l e e r en hulpmiddelen voor de natuurwetenschappen. Handig i s het om z e l f een l i j s t j e samen te s t e l l e n van bedrijven, winkels i n de omgeving van de school waar het verbruiksmateriaal e.d. v e r k r i j g b a a r i s .

-44-

BENODIGDHEDEN PER PROEF

BI

PROEF 1.1 R e l a t i e gewicht, ontdekken.

B2

PROEF 1.2

Gewicht 5 meetlint

Leerlingenproef hoogte en a r b e i d

tafel unster 0-12 kg meetlint unster 0-25 kg

Leerlingenproef

R e l a t i e w r i j v i n g s k r a c h t en a r b e i d ontdekken

B3

PROEF 1.3

unster 0-12 kg meetlint b l o k j e hout voor onder knijp-rem-handel stopwatch plakband

Leerlingenbuitenproef

R e l a t i e remkracht en a r b e i d ontdekken

B4

PROEF 1.4

Leerlingenproef

V e r g e l i j k e n of het omhoog brengen van een wagentje a l t i j d evenveel energie kost

B5

PROEF 1.5

Leerlingenproef

Krachten uitgeoefend op v e r s c h i l l e n d e p l a a t s e n vanaf het draaipunt v e r g e l i j k e n

B6

PROEF 1.6

Leerlingenproef

Krachten v e r k l e i n e n d.m.v. k a t r o l l e n en ontdekken dat de v e r r i c h t t e a r b e i d hetzelfde b l i j f t

B7

PROEF 2.1

Leerlingenproef

De v e r t r a g i n g / v e r s n e l l i n g s b a k

bekijken

kg

-

botswagentje plank 30x150 cm statiefmateriaal veerunster 0-3 N meetlat weegschaal 0-1 kg

- l a t 40x18x300 met een gat van 12 mm i n het midden en vanaf het midden om de 2 cm een s p i j k e r - 2 g e l i j k e unsters b i j v . 0-10 N - statiefmateriaal - gewicht t o t 5 N - meetlat

- 2 k a t r o l l e n (zie - gewicht - veerunster - statiefmateriaal

leerlingenboek)

\- v e r s n e l l i n g s b a k / v e r t r a g i n g s k a s t j e

-45-

BENODIGDHEDEN PER PROEF

B8

PROEF 2.2

Leerlingenproef

Het rendement van de versnellingsbak bepalen Deze proef vraagt b i j de u i t v o e r i n g extra aandacht

versnellingbak/vertragingskastje touw (koord) p u l l y 20 mm 0 p u l l y 6 mm 0 2 meetlatten 3 0 cm zand p l a s t i c beker s t a t i e f materiaal gewichten 0,5 N weegschaal 0-1 kg

B9

PROEF

4.1

Leerlingenproef

E l e k t r i s c h e energie omzetten i n mechanische energie

electromotor p u l l y 20 mm 0 koord 4,5 V b a t t e r i j versnellingsbak katrol koppeling lange l a t met maat v e r d e l i n g (2 mtr) gewichtjes a 0,5 N spanningsmeter stroommeter

-46-

BENODIGDHEDEN PER PROEF

BI O PROEF

4

«

2

Leerlingenproef

Mechanische energie omzetten i n elektrische energie

!- electromotor l- p u l l y 20 mm 0 - koord versnellingsbak katrol koppeling lampje 6V 0,04 A i n lamphouder l a t met maatverdeling (2 meter) gewichtjes a 0,5 N spanningsmeter V stroommeter mA stopwatch

De uitkomsten van de proeven 2.8, 2.9 en 2.10 worden b i j rekenopdrachten i n hoofdstuk 2 voortdurend gebruikt. Het i s daarom noodzakelijk dat deze proeven goed worden voorbereid.

VERVOLGDEEL: KEUZE-ONDERZOEK 11

ONDERZOEK 4.1

Leerlingenproef

Onderzoeken of het rendement afhangt van de belasting van de versnellingsbak

12

ONDERZOEK 4.2

Leerlingenproef

Onderzoek naar het rendement van een electromotor b i j verschillende toerentallen

!- p u l l y 6 mm 0 !- versnellingsbak - s t a t i e f materiaal !- p u l l y 200 mm 0 - meetlat (30 cm) - gewichtjes a 0,5 N - koord - veerunsters (2) 1 N - stopwatch !J!-

electromotor/evt. met toerenteller voedingsapparaat koord veerunsters (2) 1 N statiefmateriaal stroboscooplampje p u l l y 20 mm 0 stroboscoop s c h i j f j e spanningsmeter V stroommeter mA

-47-

BENODIGDHEDEN PER PROEF

ONDERZOEK 4.3

13

PROEF 1

Leerlingenproef

Het rendement van een electromotordynamo systeem bepalen

14 PROEF 2

Leerlingenproef

Het rendement bepalen van een dynamoelektromotor systeem

!!!l-

electromotor (2) koppeling b a t t e r i j of voedingsapparaat stroommeters mA (2) spanningsmeters V (2) lampje 6V 0,04 A i n lamphouder stroboscoopschijfje stroboscooplampje

!- versnellingsbak - gewicht 2,5 N - katrol - p u l l y (2) 20 mm 0 !- koppeling !- electromotortjes (2; - statiefmateriaal - veerunsters (2) I N - maatlat 2 mtr - koord !- stroboscoopschijf !- stroboscooplampje

-48-

BENODIGDHEDEN PER PROEF

15

ONDERZOEK 4-4

Leerlingenproef

Aantonen dat w r i j v i n g wordt omgezet i n warmte

ï-

joule apparaat thermometer -10 — statiefmateriaal gewicht 10 N veerunster 0-10 N

30 °(

pas op dat de thermometer n i e t breekt

16

ONDERZOEK 4.5

Leerlingenproef

Onderzoeken of gravitatie-energie na het v a l l e n geheel i s omgezet i n warmte

1 kg f i j n e loodhagel kartonnen- of PVCbuis, doorsnede + 8 cm lengte 1 mtr + insteekdiepte beide eindstoppen thermometer -10 30 °C 2 rubberen of kurken eindstoppen

ONDERZOEK 4.6 17

PROEF 1

Leerlingenproef

De remkracht van een bromfiets v a s t s t e l l e n t.b.v. de proef 3

- bromfiets - perspex buis, b i j v . binnendiameter 6 mm met cc schaalverdeling - rubberslang - houten blokje voor onder remknijper - stopwatch - meetlint - kleine trechter (moet i n perspex buis passen) - bekerglas 150 ml

-49-

BENODIGDHEDEN PER PROEF

18

PROEF 2

Leerlingenproef

- idem p r o e f 1

De r i j w e e r s t a n d bepalen t.b.v. p r o e f 3

19

PROEF 3

Leerlingenproef

Het rendement van een brommermotor bepalen b i j v e r s c h i l l e n d e b e l a s t i n g e n

- idem p r o e f 1

-50-

BIJZONDERHEDEN VERWIJSNUMMER

APPARAAT

SPECIFICATIE ETC.

OPMERKINGEN/VERKRIJGBAAR

7,8,9,10,14

versnellingsbak/ vertragingskastj e

MARX, type Richard

v e r k r i j g b a a r b i j PLON

8,9,10,11

p u l l y 20 mm 0

aluminium of koper

z i e werktekening

8,10

p u l l y 6 mm 0

aluminium of koper

z i e werktekening

9,10,12,13,14

electromotor

c a s s e t t e recorder motortje 0-10 V

dump- o f e l e c t r o n i c a h a n d e l eventueel b i j PLON

9,10,13,14

koppe1ing

MARC, kardan 4

v e r k r i j g b a a r b i j PLON

12,13,14

stroboscooplampj e

12,13,14

stroboscoopschijfje

15

j oule-apparaat

16

gravitatie-energiebuis

(kardan)

neonlampje

met diode z i e werktekening z i e tekening

31.365 alternatief

Breukhoven z i e werktekening z i e werktekening

-51-

WERKTEKENINGEN

PULLY

20 mm en 6 ram 0

-52 -

WERKTEKENINGEN

STROBOSCOOPLAMPJE en STROBOSCCOPSCHIJF

ner

_53_

WERKTEKENINGEN

ALTERNATIEF JOULE APPARAAT

-54-

WERKTEKENINGEN

1. D r a a i h a n d e l draad 10 mm

totale lang.

l e n g t e 80 mm

0 12 mm-één u i t e i n d e v o o r z i e n

2. Tussenstuk d r a a i h a n d e l 140x20x5 mm met 2 d r a a d g a t e n M10 t u s s e n a f s t a n d van 120 mm h a r t op h a r t . 3. T u s s e n s t u k 12 mm 0 met een t o t a l e l e n g t e van z i j n v o o r z i e n van M10 d r a a d l a n g 10 mm. 4. B u i s a l s d r a a i p u n t wanddikte 1 mm. 5. I s o l a t i e t u s s e n s t u k g a t met M10 d r a a d .

l e n g t e i e t s k o r t e r dan

(PVC)

l e n g t e 30 mm

70 mm,

50 mm,

20 0 mm

met

beide

M10

een

uiteinden

diameter b u i s 15

met

een

mm

doorlopend

6. Koperen w r i j v i n g s s t u k 20 mm 0 diameter met een t o t a l e l e n g t e van 45 mm, één u i t e i n d e v o o r z i e n van M10 draad l a n g 10 mm, andere u i t e i n d e met een g a t van + 7 mm 0 ( z i e thermometer i n s t e e k ) d i e p 30 mm. 7. Thermometer -10/+30 °C.

-55-

WERKTEKENINGEN

GRAVITATIE-ENERGIEBUIS

-56-

MATERIAALOVERZICHT SPECIFIEKE APPARATUUR

Aantal Verwijs basis extra nummer

Kosten basis extra

botswagentje

2

1

4

...

.. .

l a t met s p i j k e r s op g e l i j k e afstand

2

1

5

-

-

versnellingsbakje/ vertragingskastj e

4

4

7,8,9,10, U,14

100,-

100,-

p u l l y 20 mm 0

4

4

8,9,10,11 12,14

-

-

z e l f maken? z i e werktekening

p u l l y 6 mm 0

2

2

8,11

-

-

z e l f maken? z i e werktekening

electromotor/cassette 4 recorder motortje 10v=

4

9,10,12, 13,14

20,-

20,-

4

2

9,10,13,14

stroboscooplampj e

3

12,13,14

10,-

z e l f maken, z i e werktekening

stroboscoopschijfj e

3

12,13,14

-

z e l f maken, z i e werktekening

j o u l e apparaat

1

15

evt.

gravitatie-energiebuis

1

16

z e l f maken, z i e werktekening

koppeling kardan

OPMERKING

•

z e l f maken, z i e tekening b i j proef 2.5

zie

bijzonderhedenlijst

z e l f maken, z i e werktek.

METEN EN WEGEN gewicht. 50 N

1

1

meetlint 2 meter

3

1,2,3

veerunster 0-120 N

2

2,3

veerunster 0-250 N

2

stopwatch

2

3,10,11, 17,18,19

veerunster 0-3 N

1

4

veerunster 0-10 N

2

meetlat 30 cm

4

4,5,8,11

gewichtjes 0,5 N

20

5,3,9,10, 11

weegschaal 0-10 N

1

5,8

l a t met maatverdeling (2 meter)

2

voedingsapparaat '

1

-

l e e r l i n g e n eigen horloge met stopwatch

5,15

1

9,10,14

z e l f maken

1

12,13

of

spanningsmeter =V

2

1

9,10,12,13

stroommeter mA

2

:

9,10,12,13

gewicht 2,5 N

1

14

veerunster 0-1 N

4

12,14

thermometer -10/+30 °C

2

15,16

gewicht 10 N

1

15

meetlint 10 meter

1

17,18,19

•

batterij

Breukhoven

12611

-57-

MATERIAALOVERZICHT ALGEMEEN HULPMATERIAAL

Aantal Verwijs basis e x t r a nummer

plank 30x150 cm

1

statief materiaal

X

katrol

5

6,9,20,24

lampje 6V o,04A

1

10,13

lamphouder E10

1

10,13

x

diverse

2

16

rubber

x

17,18,19

1

17,18,19

1

17,18,19

trechter

(mini)

b e k e r g l a s 150 ml

OPMERKINGEN

4

rubberen o f kurken eindstoppen 0+80 mm slang

Kosten basis extra

VERBRUIKSMATERIAAL blokje

hout

1

3

plakband ( r o l )

1

3

touw

(rol)

1

8,9,10,11 12,14

(doos)

1

8

3

9,13

(koord)

p l a s t i c beker b a t t e r i j 4,5V l o o d h a g e l (kg)

1

16

kartonnen o f PVC b u i s 0 + 8 0 mm, 1 mtr l a n g

1

16

afval

jachtwapen

handel

-58-

ADRESSEN

Met de firma Breukhoven i s een samenwerkingsovereenkomst compleet leveringspakket van PLON-materiaal. Informatie hierover b i j : Breukhoven BV Mathenesserlaan 400 3023 HD Rotterdam Postbus 6044 3002 AA Rotterdam t e l . 010-767688

Depex B.V. (nat. i n s t r .

Phywe)

D o r p s s t r a a t 85 3732 HH De B i l t P o s t b u s 27 3730 AA De B i l t t e l . 030-763111 Emaf B.V. (gasmeters, g e r e v i d e e r d ) N i j v e r h e i d s s t r . 3a-b 3071 GA R o t t e r d a m t e l . 010-855266 G r i f f i n E u r o p a B.V. (nat. instr.) Rudonk 18 4824 A J B r e d a P o s t b u s 1121 4801 BC B r e d a t e l . 076-412080 Harris (nat. instr.) ( z i e Breukhoven) I.P.C. (kwh-meter, g e r e v i d e e r d ) De G r o o t k a d e 2 1052 LP Amsterdam t e l . 020-842325 Leybold-Nederland (nat. en s c h e i k . i n s t r . ) Ohmweg 12 3442 AA Woerden P o s t b u s 90 3440 AB Woerden t e l . 03480-14145 Malmberg (nat. i n s t r . + Banativ) L e e g h w a t e r l a a n 16 5223 BA Den B o s c h P o s t b u s 233 5201 AE Den B o s c h t e l . 073-215565 Econosto A d m i r a l i t e i t s k a d e 75 P o s t b u s 4060 3006 AB R o t t e r d a m t e l . 010-141500

Meterfabriek Dordrecht ( g a s m e t e r s , nieuw) L i j n b a a n 12 3311 RL D o r d r e c h t t e l . 078-186066 M e r k e l b a c h F y s i c a B.V. ( n a t . i n s t r . + Kröncke) G i l d e w e g 18 3771 NB B a r n e v e l d t e l . 03420-16406 M o d e l E n g e n e e r i n g B.V. (waterpompjes PSN) B a n g e r t 23 1689 C J Zwaag (N.H.) t e l . 02292-1577 N o o i t g e d a g t e n Z n . B.V. (gereedschappen) E e g r a c h t 12 8651 EG U l s t Postbus 1 8650 AA I J l s t t e l . 05155-1441 Phywe

( z i e Depex)

Snikkers Handel MU. Hfd. Kantoor: Industriestraat 2 P o s t b u s 5750 3290 AB S t r i j e n t e l . 01854-2400 Voor depots: z i e RIB b o e k

B.V.

Radio Twente ( r e c o r d e r m o t o r t j e s) S t i l l e V e e r k a d e 11-13 2512 BE Den Haag t e l . 070-469200 Technowa B.V. (nat. i n s t r . u n i l a b . I n d u s t r i e w e g 35 1512 NE Wormerveer t e l . 075-285767 Technische Unie ( m e t a l e n , d r a a d e.d. i n iedere grote stad

e.d.)

betreffende een