Space exploration gaat over ruimtevaart. Nergens is techniek zo belangrijk als in de ruimtevaart. De allernieuwste technieken worden gebruikt in spaceshuttles en marslandertjes. Nieuwe materialen worden ontwikkeld om immens hoge temperaturen te weerstaan. De nieuwste uitvindingen worden gebruikt om ver buiten onze aarde onderzoek te verrichten en het leven van ruimtevaarders aangenamer en veiliger te maken. Vaak leiden ontwikkelingen in de ruimtevaart zelfs tot nieuwe produkten op onze eigen planeet. Natuurkunde gaat over ontdekken. Ontdekken waarom de planeten om de zon draaien, waarom een voorwerp met een parachute langzamer valt, waarom licht van de sterren soms een andere kleur lijkt te hebben of waarom een raket opstijgt als hij de straalmotoren aanzet. Maar ook waarom er een elektrische stroom door een koperdraad kan lopen, 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. Bij natuurkunde leer je op een goede manier problemen op te lossen. Problemen uit de natuur en techniek, waarvan de oplossingen vaak leiden tot nieuwe toepassingen. Zo is de natuurkunde de basis voor nieuwe uitvindingen en technische ontwikkelingen. Niet alleen in de ruimtevaart, maar in bijna alles wat je om je heen ziet. De organistatie van de Eureka Cup wil jullie op een andere en leuke manier kennis laten maken met natuurkunde en techniek. We willen laten zien hoe belangrijk en hoe leuk natuurkunde en techniek zijn. In de derde klas zullen jullie een profiel moeten kiezen. Wordt het een profiel met of zonder techniek, met of zonder natuurkunde? We hopen dat dit project je helpt bij het nadenken hierover zodat jij een goede keuze voor jezelf kunt maken. Wil je meer weten over natuurkunde en techniek? Op www.eurekacup.nl vind je een paar links om verder kennis te maken met deze wonderlijke wereld! We wensen jullie veel succes en een leuke en leerzame Eureka Cup!
Eureka Cup 2007
Chain Reaction Het ontwerpen van een kettingreactie
Project In Nederland is in Klundert een bedrijf gevestigd genaamd Aerospace Propulsion Products (APP). Dit bedrijf heeft zich gespecialiseerd in het maken van ontstekingen voor raketmotoren. In deze motoren wordt een vaste of vloeibare brandstof gebruikt om heet gas te ontwikkelen. Dit hete gas zorgt voor een grote druk naar beneden waardoor de raket omhoog gaat.
Figuur 1: Het logo van APP.
Het opstijgen van een raket is een heel ingewikkeld proces, maar in figuur 2 is uitgewerkt hoe het in principe werkt. Er zijn verschillende stuwraketten die de space shuttle naar boven lanceren, ook zie je een enorme rode brandstoftank onder de raket.
Figuur 2: Het opstijgen van een space shuttle. (Bron: APP)
Eureka Cup 2007
Deze stuwraketten vallen naderhand naar beneden en komen zacht neer met parachutes. Je ziet dat de grote straal vuur die onder de stuwraket zichtbaar is, hem naar boven duwt. Dit zie je getekend in figuur 3, je kunt dit vergelijken met een ballon. Als je uit een opgeblazen ballon de lucht vrijlaat, zal de ballon naar boven gaan terwijl de lucht van beneden naar buiten spuit, in de natuurkunde heet dit actie = reactie. Meneer Vermeulen is publieksvoorlichter bij APP. Hij wil de bezoekers van zijn bedrijf uitleggen wat een kettingreactie inhoudt door er een voorbeeld van te laten zien. Hij heeft hiervoor een ruimte beschikbaar in de hal van zijn bedrijf. APP wil dat je een kettingreactie van materialen naar keuze maakt op een oppervlak van maximaal 2 x 2 meter. Het bedrijf vraagt om minimaal acht schakels in de kettingreactie. De schakels moeten zo origineel mogelijk zijn om de bezoekers te boeien. Met een schakel wordt een gedeelte uit een kettingreactie bedoeld. Als je bijvoorbeeld een rij cd’s achter elkaar hebt staan die omvallen, is dit 1 schakel in je kettingreactie. Ook wil hij dat je een Figuur 3: Actie = reactie. (Bron: spectaculaire eindschakel bedenkt. Er volgt een lijstje met alle DK.com) eisen op een rijtje:
Eisen In je kettingreactie moeten minimaal 8 schakels zitten en een eindeffect. De kettingreactie dient te starten met een knikker op een hoogte van 15 cm. Een voorbeeld is te zien in figuur 4. De afmetingen waarop de kettingreactie plaatsvindt, is 2 x 2 meter. Er is geen beperking voor de te gebruiken materialen. Het moet origineel en boeiend voor het publiek zijn.
15 cm
Figuur 4: Een voorbeeld van een beginsituatie met de knikker op een hoogte van 15 cm. Chain Reaction
Het Onderzoek Om een goed product af te leveren, moet er eerst vooronderzoek worden verricht. Voordat je gaat ontwerpen, verwacht Meneer Vermeulen dat je jezelf goed realiseert dat er heel veel mogelijkheden zijn om je kettingreactie te maken. Hij vraagt je een rapport te maken waarin de volgende drie deelonderzoeken verwerkt zijn. Deelonderzoek 1 Zoek op internet 10 voorbeelden van kettingreacties en beschrijf hoe ze werken. Doe dit aan de hand van de volgende aspecten: het principe of mechanisme van de reactie, de gevolgen van de reactie en mogelijke toepassingen van de reactie. Bij het zoeken moet je heel divers zoeken, er zijn meer kettingreacties in de wereld dan je denkt! Kijk ook eens op www.eurekacup.nl bij dit thema. Deelonderzoek 2
Onderdeel 2.1 Meneer Vermeulen verwacht in het vooronderzoek minimaal 20 schakels die goed te gebruiken zijn voor het bouwen van je kettingreactie. Werk deze schakels uit en kijk of deze schakels bruikbaar zijn in je kettingreactie. In figuur 5 zie je een voorbeeld van een schakel in een kettingreactie.
Blok 1
Blok 2
Figuur 5: Een voorbeeld van een schakel in een kettingreactie.
Eureka Cup 2007
Onderdeel 2.2 Ook verwacht hij 3 voorbeelden van spectaculaire eindeffecten die er zijn. Werk deze ook kort uit en kijk of ze te gebruiken zijn in je eigen kettingreactie. Onderdeel 2.3 Bedenk 25 materialen die je kunt gebruiken in schakels van je kettingreactie. APP vraagt je ook om na te denken over de veiligheid van de materialen. Deelonderzoek 3 Ontwerp nu jouw kettingreactie. APP verwacht op papier een ontwerp van jouw kettingreactie met de schakels die je in je kettingreactie gebruikt. Voor het bedenken van een schakel moet je dus voor jezelf bedenken welk principe je gebruikt en welk materiaal je hiervoor gebruikt. Maak een tekening van je ontwerp en maak een overzicht van welke schakels je gebruikt. Schrijf er ook bij hoe de schakels werken en welke materialen je nodig hebt. Bouw uiteindelijk je kettingreactie en breng verbeteringen aan waar het nodig is.
Figuur 6: Een lancering. (Bron: ESA)
Chain Reaction
Werkwijze Team Dit project voeren jullie uit in een team van 5 klasgenoten. Jullie mogen een leuke naam voor je team bedenken. Jullie docent is jullie begeleider, bij hem of haar kun je altijd met vragen terecht. Plan van aanpak Bij elk deelonderzoek maak je een plan van aanpak. 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 gaan uitvoeren. Hoe jullie de taken verdelen. Wanneer de werkzaamheden uitgevoerd gaan worden. Welke materialen er nodig zijn. Wanneer jullie als team overleggen en waarover dat zal gaan. Het plan van aanpak laat je even zien aan je docent, als hij of zij het goedkeurt begin je met de uitvoering ervan. Planning De planning van het project over een periode van 4 of 5 weken ziet er als volgt uit:
Week 1: Maken plan van aanpak deelonderzoek 1. Uitvoeren plan van aanpak deelonderzoek 1. Week 2: Maken plan van aanpak deelonderzoek 2. Uitvoeren plan van aanpak deelonderzoek 2. Week 3: Maken plan van aanpak deelonderzoek 3 (voor week 3 én 4). Uitvoeren plan van aanpak deelonderzoek 3. Week 4 en eventueel week 5: Uitvoeren plan van aanpak deelonderzoek 3. Afronden van de opdracht en voltooien van het rapport.
Eureka Cup 2007
Materialen Voor het maken van jullie model hebben jullie verschillende materialen nodig. Probeer deze zoveel mogelijk zelf te regelen. Voor materialen waar jullie zelf niet of moeilijk aan kunnen komen, kunnen jullie altijd je docent om hulp vragen.
Figuur 7: De ruimte. (Bron: ESA)
Informatiebronnen Voor sommige onderdelen zullen jullie informatie van andere bronnen nodig hebben. Dit kan bijvoorbeeld de bibliotheek of het internet zijn. Op internet is www.eurekacup.nl een goede plek om te beginnen. Daar vind je een aantal stukjes theorie en links voor jullie project. Je kunt natuurlijk ook zelf zoeken naar nuttige internetpagina’s.
Rapport Het rapport is een document waarin jullie advies uitbrengen aan de opdrachtgever. Hierin verwerken jullie: Het probleem van de opdrachtgever. De uitwerking van de verschillende onderdelen van het project. Het ontwerp van jullie product. Hoe jullie bij dat ontwerp gekomen zijn. Eventueel de resultaten van jullie eigen tests. Model Jullie maken in dit project ook een model van het door jullie ontworpen product. Dit wordt getest in jullie klas, en wie weet ook op de Eureka!Day op 24 mei 2007 in Eindhoven. Veel succes!
Chain Reaction
Testopstelling Op de Eureka!Day wordt jullie kettingreactie getest. De testopstelling is een vlak van 2 x 2 meter, zie figuur 8. De hoogte van je kettingreactie en je eindschakel mag maximaal 5 meter zijn. Er is geen bevestigingspunt om iets aan vast te maken. Jullie moeten zelf een knikker of iets rolbaars meenemen voor de start. Ook moeten jullie zelf een 15 cm hoog begin hebben. Jullie zijn helemaal vrij in wat te doen vanaf daar. Bij de beoordeling wordt gekeken naar het aantal schakels, het eindeffect en de originaliteit van je kettingreactie. Mocht de kettingreactie stilvallen tijdens de manifestatie, dan krijg je een tweede kans.
Maximaal 5 meter
2m 2 meter
Figuur 8: De testopstelling.
Eureka Cup 2007
r ete
Notities
Chain Reaction
