Proef 3M 4.2a Kinetische energie

22 mei • Ton van der Valk

Doel van de proef: de leerlingen kennen de energiesoort kinetische energie, met de grootte \(\frac{1}{2}mv^2\) , en kunnen die onderscheiden van arbeid.

Benodigdheden:

  • een voorwerp dat kan vallen zonder iets kapot te maken, bijvoorbeeld een steen

Houd het voorwerp omhoog en vraag aan de klas: heeft dit voorwerp energie? [ja, maar voor veel leerlingen zal dat vreemd zijn: de steen is niet levend of anderszins actief] Welke energiesoort heeft het? [zwaarte-energie] Hoe weet je dat het energie heeft? [door zijn zwaarte-energie af te laten nemen aaneen touw verbonden met een dynamo kun je elektrische energie opwekken, zie proef 3M 4.1a

Nu kun je het voorwerp ook laten vallen zonder hem met een touw af te remmen. Het kan ‘vrij vallen’.

Wat gebeurt er dan? [zijn snelheid neemt tijdens zijn val toe.] Waar blijft zijn zwaarte-energie dan? [zijn zwaarte-energie wordt minder, ‘verdwijnt’, maar er komt een andere energiesoort voor in de plaats, bewegings- ofwel kinetische energie, die naar de grond toe steeds groter wordt omdat de snelheid van de steen toeneemt].

De formule voor kinetische energie is \(E_k=\frac{1}{2}mv^2\)

Controle:

Een steen met massa van 3 kg valt van 20 m hoogte. Zijn zwaarte-energie op die hoogte is \(m\cdot g\cdot h = 3 \cdot 10\cdot 20 = 600 \)J.

Als de steen op de grond komt is die zwaarte-energie geheel omgezet in kinetische energie.

Uit \(h=\frac{1}{2}g\cdot t^2\) volgt: zijn valtijd is 2 seconde.

De snelheid kan berekend worden met \(v = a\cdot t\). De snelheid bij het neerkomen is dus 20 m/s.
 

\(E_k=\frac{1}{2}mv^2=\frac{1}{2}\cdot 3\cdot 400 = 600\) J. Even groot als de afname van de zwaart-energie, dus dat klopt.

Leswerk