1 of 31

Klas 5H�Natuurkunde

WETENSCHAPSSCHOOL.NL

WETENSCHAPSSCHOOL

1

2 of 31

Klas 5: �De diepte in!

Waar we in klas 4 nog vooral met kracht bezig waren, maken we dit jaar de omslag naar het mysterieuze begrip energie.
Daarnaast bestuderen we dit jaar ook nog radioactiviteit, trillingen en de sterrenkunde.

WETENSCHAPSSCHOOL

2

3 of 31

Maar eerst, wat is energie?

WETENSCHAPSSCHOOL

3

4 of 31

Kracht

In Newton’s theorie gebruikten we het begrip kracht om de beweging van voorwerpen te kunnen beschrijven.
Later werd gevonden dat het ook mogelijk was om beweging te beschrijven met het begrip energie.
In beide gevallen vind je dezelfde resultaten.

WETENSCHAPSSCHOOL

4

5 of 31

Kracht

Een voordeel van energie is dat je er vaak veel gemakkelijker mee kan rekenen dan met kracht.
Je kan met energie vaak in een paar regels uitrekenen wat met kracht heel veel werk kost of zelfs onmogelijk is.

WETENSCHAPSSCHOOL

5

6 of 31

Leibniz

De omslag naar energie begon bij Gottfried Wilhelm Leibniz.
Aan het eind van de 17^de eeuw deed Leibniz onderzoek naar hoeveel “moeite” het kost om een steen tot een bepaalde hoogte op te tillen.
Deze “moeite” noemen we in de natuurkunde “arbeid”.

WETENSCHAPSSCHOOL

6

In the late 17th century, Gottfried Leibniz proposed the idea of the Latin: vis viva, or living force, which defined as the product of the mass of an object and its velocity squared; he believed that total vis viva was conserved. To account for slowing due to friction, Leibniz theorized that thermal energy consisted of the motions of the constituent parts of matter, although it would be more than a century until this was generally accepted.
- Inspired by the theories of Gottfried Leibniz, she repeated and publicized an experiment originally devised by Willem 's Gravesande in which balls were dropped from different heights into a sheet of soft clay. Each ball's kinetic energy - as indicated by the quantity of material displaced - was shown to be proportional to the square of the velocity. The deformation of the clay was found to be directly proportional to the height the balls were dropped from, equal to the initial potential energy.

- ‘s Gravesande --- however, in 1722 he published the results of a series of experiments in which brass balls were dropped from varying heights onto a soft clay surface. He found that a ball with twice the speed of another would leave an indentation four times as deep, from which he concluded that the correct expression for the "live force" of a body in motion (what is modernly called its "kinetic energy") is proportional to mv².

- Gustave-Gaspard Coriolis described "kinetic energy" in 1829 in its modern sense, and in 1853, William Rankine coined the term "potential energy".

- Adding the ½ --- which can be understood as converting kinetic energy to work, was largely the result of Gaspard-Gustave Coriolis and Jean-Victor Poncelet over the period 1819–1839.

7 of 31

Arbeid

Het kost bijvoorbeeld evenveel arbeid om één steen vier etages omhoog te tillen, als dat je vier dezelfde stenen één etage omhoog tilt (zie de rechter afbeelding).

WETENSCHAPSSCHOOL

7

8 of 31

Arbeid

Galileo had laten zien dat als je een steen van 4x zo hoog laat vallen, de steen met een 2x zo grote snelheid tegen de grond komt.
Stel dat de linker steen bijvoorbeeld een snelheid van 10 m/s krijgt, dan krijgt de rechter steen dus een snelheid van 20 m/s.

WETENSCHAPSSCHOOL

8

9 of 31

Arbeid

Toen merkte Leibniz iets merkwaardigs op. In beide gevallen blijft de waarde ½mv² gelijk.
In het linker geval geldt:�

In het rechter geval geldt:

WETENSCHAPSSCHOOL

9

10 of 31

Arbeid

De ½mv² noemen we tegenwoordig de kinetische energie van een voorwerp.

We zien hier dat in beide gevallen dezelfde hoeveelheid arbeid om de blokken op te tillen heeft geleid tot dezelfde hoeveelheid kinetische energie waarmee de blokken neerkomen.�

WETENSCHAPSSCHOOL

10

11 of 31

Arbeid

Veel later werd duidelijk dat de formule mgh ook dezelfde waarde oplevert.
In het linker geval geldt:�

In het rechter geval geldt:

We spreken hier van de zwaarte-energie.

WETENSCHAPSSCHOOL

11

12 of 31

Energie

Pas in de 19^de eeuw kreeg de theorie zijn huidige vorm.
Er werd gesteld dat de steen “zwaarte-energie” krijgt tijdens het optillen (mgh).
En dat deze zwaarte-energie tijdens het vallen omgezet wordt in kinetische energie (½mv²).

WETENSCHAPSSCHOOL

12

13 of 31

Energie

Hoewel energie kan worden omgezet van de ene naar de andere soort, blijft de totale energie van de steen blijft gedurende de val echter gelijk (in ons voorbeeld 200 J)
We noemen dit de wet van behoud van energie.
Energiebehoud blijkt altijd te gelden. Het is een natuurwet.

WETENSCHAPSSCHOOL

13

14 of 31

Feynman

Energie is dus behouden en we kunnen er gemakkelijk mee rekenen.
Maar was is energie nou precies?
Bestaat energie écht of is het gewoon een handig administratief trucje om mee te rekenen—je kan het immers niet onder een microscoop zien.

WETENSCHAPSSCHOOL

14

15 of 31

Feynman

“Het is belangrijk om te realiseren dat in de natuurkunde van vandaag, we geen kennis hebben van wat energie daadwerkelijk is. We kunnen er geen beeld van maken, alsof energie bestaat als kleine klodders van een bepaalde hoeveelheid. Zo werkt het niet.”

WETENSCHAPSSCHOOL

15

16 of 31

Feynman

“Behoud [van energie] betekent dat er een nummer is dat je kan berekenen op een bepaald moment, en als de natuur veranderingen ondergaat, dan blijft dit nummer gelijk. Dat wil zeggen, als je de waarde nog een keer berekent, dan vind je hetzelfde antwoord als daarvoor.”

WETENSCHAPSSCHOOL

16

17 of 31

Kernreacties

Een bekende energiebron die we dit jaar uitgebreid gaan bestuderen is kernenergie.
Bij kernverval breekt een deel van een atoomkern af.
Als dit deel wegschiet van het atoom, dan spreken we van straling.

WETENSCHAPSSCHOOL

17

18 of 31

Kernenergie

Kernreacties worden inmiddels vaak gebruikt om energie op te wekken. Dit gebeurt in een kernreactor.
Maar kernenergie is ook ingezet om schade aan te richting in de vorm van een kernbom. Hiermee kan in één klap een hele stad worden weggevaagd.

WETENSCHAPSSCHOOL

18

19 of 31

En dan nu… �de sterrenkunde

WETENSCHAPSSCHOOL

19

20 of 31

De sterren

De beweging van sterren en planeten gezien vanaf de aarde is merkwaardig te noemen.
Ten eerste draaien de sterren elke 24 uur een rondje om ons heen.
Daarnaast draaien de sterren ook nog jaarlijks om ons heen.

WETENSCHAPSSCHOOL

20

21 of 31

De planeten

De beweging van de planeten is nog merkwaardiger.
Als we van een planeet elke nacht een foto maken, dan zien we dat de planeet niet een mooie cirkelbaan maakt om de aarde, maar soms even achteruit beweegt. We noemen dit retrograde beweging.

WETENSCHAPSSCHOOL

21

22 of 31

De planeten

Hiernaast zien we hoe de beweging van Mercurius en Venus eruit zien gezien vanaf de aarde!
Geen wonder dat het onze voorouders een tijd heeft geduurd voordat ze begrepen wat hier aan de hand was!

WETENSCHAPSSCHOOL

22

23 of 31

Copernicus

De oplossing werd uiteindelijk gevonden door Copernicus.
Copernicus begreep dat de rotatie van de sterren elke 24 uur komt doordat de aarde om zijn eigen as draait.
De jaarlijkse rotatie komt doordat de aarde om de zon draait.

WETENSCHAPSSCHOOL

23

24 of 31

Copernicus

Ook vond Copernicus een verklaring voor de retrograde beweging. Dit was zijn grootste ontdekking.
De gekke retrograde bewegingen ontstaan doordat we de planeten bekijken vanaf een aarde die zelf ook aan het bewegen is om de zon.

WETENSCHAPSSCHOOL

24

25 of 31

Copernicus

Als we aannemen dat de aarde en de planeten in om de zon bewegen, dan blijken de planeten gewoon in simpele cirkelbanen te bewegen!
Dit effect is hier goed te zien: LINK.
Doordat nu geen onlogische retrograde bewegingen nodig waren, concludeerde Copernicus dat de aarde om de zon beweegt.

WETENSCHAPSSCHOOL

25

26 of 31

Trillingen en golven.

Ook gaan we het dit jaar hebben over trillingen en golven.
We gaan dit o.a. gebruiken om geluid en muziekinstrumenten te beschrijven.

WETENSCHAPSSCHOOL

26

27 of 31

Interesse gewekt? Benieuwd?

WETENSCHAPSSCHOOL

27

28 of 31

Pythagoras

…

WETENSCHAPSSCHOOL

28

29 of 31

…

SUBTITEL KOMT HIER

WETENSCHAPSSCHOOL

29

30 of 31

TITEL KOMT HIER

ONDERTITEL HIER

…

WETENSCHAPSSCHOOL

30

31 of 31

HIER KOMT DE TITEL

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Ut gravida eros erat. Proin a tellus sed risus lobortis sagittis

WETENSCHAPSSCHOOL

31