Proef 3M 4.1b Kan een steen energie hebben?

22 mei • Ton van der Valk

Doel van de proef: de leerlingen weten dat een steen energie kan hebben door zijn plaats in het zwaartekrachtsveld en dat die energie (potentiële) zwaarte-energie heet.

Benodigdheden:

  • massastuk van 20 gram aan een touw
  • elektromotor / dynamo
  • 2 snoeren
  • batterij (1,5 volt) of spanningskastje
  • voltmeter
  • meetlat of rolmaat

Deel 1: de elektromotor tilt het massastuk omhoog

Het massastuk (m = 20 g = 0,020 kg) staat op de vloer en is met een touw verbonden aan de pulley. De elektromoter wordt kort aangesloten aan de batterij, zodat de pulley gaat draaien. Het massastuk wordt omhoog gehesen over een hoogte van (bijvoorbeeld) 0,75 m. De elektromotor heeft een kracht in het touw veroorzaakt, gelijk aan de zwaartekracht: F = 0,020 x 10 = 0,20 N. Die kracht is 0,75 m omhoog getild en heeft dus een arbeid verricht van W = 0,20 x 0,75 = 0,15 J.

Daarvoor heeft de batterij dus ook 0,15J elektrische energie geleverd.

Is die energie nu verbruikt en dus verdwenen?

Om die vraag te beantwoorden gaan we naar het omgekeerde proces kijken.

Deel 2: het massastuk beweegt naar beneden en maakt de elektromotor aan het draaien

We sluiten de elektromotor nu aan op een ampèremeter en we houden het massastuk, dat met het touw om de pulley is gewikkeld, eerst vast en dan los. De ampèremeter slaat uit. Want de elektromotor werkt nu als dynamo, gaat draaien en wekt een stroom op. Er wordt dus weer elektrische energie opgewekt.

Is die energie uit het niets ontstaan?

Bij het omhoog tillen is er elektrische energie verdwenen, maar bij het laten vallen is er weer elektrische energie ontstaan. Het lijkt wel of er geen energie is verdwenen: er is in plaats van elektriche energie een andere energiesoort ontstaan. Bij het omhoog tillen verdwijnt de elektrische energie, maar er ontstaat een andere energiesoort. Die energiesoort verdwijnt weer bij het naar beneden gaan. We noemen die soort ‘zwaarte-energie’ of, met een moeilijk woord ‘potentiële energie’.

Zwaarte-energie is de energiesoort die een voorwerp heeft (of ‘bezit’) door de hoogte in het zwaartekrachtsveld.

Leswerk