Een demonstratie met een kar op tafel die tot discussie uitdaagt. Eenvoudige proef met POE-structuur waarin helder blijkt dat voor beweging geen netto kracht nodig is, en voor sneller (eenparig) bewegen geen grotere voorwaartse kracht.
In deze demonstratie van Newton’s eerste wet kun je het waarnemen en denken van de leerlingen op details richten die in een leerlingexperiment gemakkelijk over het hoofd worden gezien. Door de leerlingen tijdig uit te dagen om hun denkbeelden te verwoorden, vergelijken en toetsen kun je als de docent de begripsvorming controleren en vormgeven.
De wrijving is bij deze demonstratie niet klein, maar wel verwaarloosbaar.
De beschrijving van deze demo staat in het boek Showdefysica.
Het karretje zal met constante snelheid worden voorgetrokken naar rechts door de hand. De hanger met massa oefent tegelijkertijd een tegenwerkende kracht uit. Wrijving is verwaarloosbaar.
Hoe groot is dan de trekkracht vergeleken met de tegenwerkende kracht op het karretje?
En is een grotere trekkracht nodig om een grotere constante snelheid aan te houden?
Doel van de proef is het beantwoorden van deze twee vragen.
Het ronddraaiend koord wordt aangedreven met een elektromotor en beweegt met constante snelheid. Door de hand met een knoopje in het koord mee te laten bewegen heeft die hand, en dus het karretje, ook die constante snelheid. Het karretje moet even op gang komen, maar dan kunnen de veerunsters worden afgelezen.
Vul Tabel 1 in (Tabel 2 blijft nog leeg).
| Snelheid van het karretje is constant en: |
Tabel 1. Vergelijking: |
Tabel 2. Vergelijking: |
|---|---|---|
| a. Klein | Fvooruit ... Fachteruit | Fvooruit ... Fachteruit |
| b. Matig | Fvooruit ... Fachteruit | Fvooruit ... Fachteruit |
| c. Groot | Fvooruit ... Fachteruit | Fvooruit ... Fachteruit |
d. Vergelijk de voorwaartse kracht bij hoge snelheid met die bij lage snelheid.
Vul alleen de voorspelling in, de meting nog niet:
Voorspelling: Fvoorwaarts bij hoge snelheid ... Fvoorwaarts bij lage snelheid
Meting: Fvoorwaarts bij hoge snelheid ... Fvoorwaarts bij lage snelheid
e. Vergelijk de achterwaartse kracht bij hoge snelheid met die bij lage snelheid en vul je voorspelling in (de meting nog niet):
Voospelling: Fachterwaarts bij hoge snelheid ... Fachterwaarts bij lage snelheid
Meting: Fachterwaarts bij hoge snelheid ... Fachterwaarts bij lage snelheid
De demonstrator voert de proef uit, de assistenten (minimaal twee) lezen de veerunsters af. Vul met die waarden tabel 2 in. Vul bij d. en e. ook het gedeelte 'Meting' in.
We hebben alleen gekeken naar een karretje op een tafel, maar stel dat de resultaten gelden voor élk voorwerp dat met constante snelheid beweegt. Met Tabel 2 kun je dan een conclusie maken die past bij het doel van de proef (op de vorige pagina).
| Als een voorwerp met constant snelheid beweegt, dan zijn de voorwaartse en achterwaartse kracht die er op werken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
a. Op basis van je metingen:
i. Is de voorwaartse kracht duidelijk verschillend voor verschillende snelheden? JA / NEE
ii. Is de achterwaartse kracht duidelijk verschillend voor verschillende snelheden? JA / NEE
b.
i. Hoe kun je de achterwaartse kracht groter maken?
ii. Hoe groot is daarna de voorwaartse kracht, nodig voor een constante snelheid?
c. Als je je metingen zorgvuldig hebt gedaan heb je een regel gevonden die door natuurkundigen de Eerste Wet van Newton wordt genoemd. Zoek die wet op in je boek. Stemmen je antwoorden bij 4.a en 4.b overeen met Newton’s Eerste Wet? Leg uit.
Leswerk
