Basisvaardighedenproject voor vierde klassen havo en vwo met een natuurprofiel

 

 


i. algemene inleiding

 

Bij de vakken natuurkunde, scheikunde en biologie wordt veel experimenteel werk gedaan
en vaak wordt van dezelfde meetinstrumenten gebruik gemaakt.
Elk meetinstrument heeft zijn eigen nauwkeurigheid en deze is bepalend voor de nauwkeurigheid
waarmee berekeningen gemaakt moeten worden. Doel van dit project is in te gaan op de volgende vragen:

·         Wat zijn de meetonnauwkeurigheden van de verschillende meetinstrumenten en hoe geef je dit aan bij het noteren van meetwaarden (significantie)?

·         Met welke nauwkeurigheid mag je het eindresultaat van een berekening presenteren?

·         Welk instrument is geschikt bij een bepaald experiment?

·         Hoe verwerk je meetgegevens in tabellen en grafieken met behulp van Excel?

·         Hoe kun je metingen doen en metingen verwerken met het programma Coach?

Aan de hand van enkele voorbeelden krijgen jullie antwoord op de gestelde vragen. Het is de bedoeling dat jullie de opgedane kennis de komende jaren bij alle drie de vakken toepassen.

 

 


II. significantie

 

Nauwkeurigheid van metingen

Bij elke meting moeten we rekening houden met de nauwkeurigheid waarmee we de meting doen. Deze hangt af van het soort meetinstrument en onze eigen afleesvaardigheid.

 

Wanneer je van een blokje een lengte van 6 cm noteert, is je meting niet erg nauwkeurig. In feite geef je aan dat de lengte tussen de 5,5 cm en 6,5 cm ligt (de absolute fout is 0,5 cm). De meting is nu gegeven in één significant cijfer.

 

Noteer je echter de lengte als 6,0 cm, dan geef je aan dat de lengte tussen de 5,95 en 6,05 cm ligt (de absolute fout is 0,05 cm).

Met “6,0 cm” maak je dus duidelijk dat de meting nauwkeuriger is geweest. Je geeft twee significante cijfers.

 

Nauwkeurigheid van berekeningen

Het werken met ‘echte metingen’ heeft gevolgen voor de nauwkeurigheid waarmee we het eindresultaat van een berekening mogen presenteren.

 

De volgende afspraken zijn hiervoor gemaakt:

-  Het antwoord van een vermenigvuldiging of deling mag in niet meer significante cijfers worden gegeven dan de meetwaarde met het kleinste aantal significante cijfers dat je bij de berekening hebt gebruikt.

-  Bij het optellen en aftrekken wordt het antwoord in niet meer decimalen geschreven dan het bij de berekening betrokken meetresultaat met het kleinste aantal decimalen.

 

Als je voor de volume berekening van een blokje de formule V = l.b.h wil toepassen en je hebt alle drie de zijden in drie significante cijfers

gemeten, dan geef je het eindresultaat ook in drie significante cijfers.

            Bijvoorbeeld:         l = 2,94 cm, b = 1,54 cm, h = 4,30 cm. Hieruit volgt

                                          V = 19,5 cm3.

 

Heb je een van de zijden maar in twee significante cijfers gemeten, en de overigen in drie significante cijfers, dan mag ik het eindresultaat maar in

twee significante cijfers geven.        

            Bijvoorbeeld:         l = 2,94 cm, b = 1,54 cm, h = 4,3 cm. Hieruit volgt

                                          V = 19 cm3.

 

Wanneer je met de meetgegevens van deze twee voorbeelden wilt

berekenen hoe hoog twee op elkaar gestapelde blokjes zijn, is dat

                                          4,30 + 4,3 = 8,6 cm

 

Let op: Deze regels gelden alleen voor meetwaarden, dus niet voor telwaarden.

            Bijvoorbeeld:         Een vitamine C tablet bevat 45,5 mg ascorbinezuur.

                                          Dan bevatten 8 vitamine C tabletten  8 x 45,5 = 364 mg ascorbinezuur


III. gegevens verwerken

 

Onderzoek levert vaak een lijst met meetgegevens op. Door de meetgegevens in een overzichtelijke tabel te zetten en te verwerken in een grafiek, vergroot je je inzicht in de onderzoeksresultaten.

 

Bij het verwerken van de meetgegevens in een grafiek zet je de onafhankelijke variabele op de x-as en de afhankelijke variabele op de y-as. In een staaf- en/of een lijndiagram zie je dan wat het verband is tussen de onafhankelijke variabele en de afhankelijke variabele.

 

Wanneer je van een experiment een verslag moet maken, wordt er van je verwacht dat je het verwerken van meetgegevens op de computer kunt doen. In de onderbouw hebben jullie bij het vak informatica al aandacht besteed aan het werken met Excel. Het doel van onderstaande opdrachten is deze kennis weer op te halen.

 

Opdracht 1      Veerconstante

Op http://www.scholieren.com/werkstukken/20270 hebben drie leerlingen een verslag over de bepaling van de veerconstante van een stalen veer geplaatst. Deze gegevens kunnen we gebruiken voor het werken met Excel. Bij de uitwerking van deze gegevens leer je tevens dat je altijd kritisch moet kijken naar verslagen die je op internet kunt vinden.

 

In het eerste gedeelte van hun verslag beschrijven de leerlingen de gebruikte methode:

- Meet de gewichten op met behulp van de Newtonmeter.
- Meet de lengte van de veer zonder belasting.
- Hang aan de veer steeds meer gewicht (een steeds grotere kracht)
- Meet per gewicht de uitwijking.

 

Bij de resultaten vind je het volgende bundeltje gegevens:

Kracht (N) Lengte (cm) Lengte (m) uitwijking (cm)
0   3,2   0,032   0,032
0,5   6,8   0,068   0,036
1   10,7   0,107   0,039
1,5   15,3   0,153   0,046
2   19,1   0,191   0,038
2,5   23,8   0,238   0,047

 

Je moet dit blijkbaar als volgt lezen. Het eerste getal op elke regel (0 / 0,5 / 1 etc.) is de kracht in N, het tweede getal is de gemeten lengte van de veer in cm, het derde getal is de gemeten lengte van de veer omgerekend in m en het laatste getal is de berekende uitwijking (een betere naam is uitrekking) van de veer.

 

A:  - Op de eerste regel is het laatste getal fout. Bedenk zelf wat het juiste getal moet zijn.

      - Ook de eenheid die de leerlingen in de laatste ‘kolom’ geven is fout. Bedenk de juiste eenheid.

      -  In de gegevens zie je niet dat de uitrekking steeds meer toeneemt naarmate je een

         grotere kracht uitoefent. Welke elementaire fout hebben deze leerlingen gemaakt bij het

         berekenen van hun laatste kolom? Corrigeer deze fout.

 

B:  - Vermeld de gegevens van de scholieren naast elkaar in een overzichtelijke tabel.

         Geef in de laatste kolom de bij A gecorrigeerde getallen. Maak de tabel in Excel.

      - Zorg voor uitspringende kopjes, gebruik in de vierde kolom uitrekking als kopje

         (niet uitwijking)

      - Zorg er voor dat de getallen midden onder de kopjes staan

      - Maak randen om de kolommen, zodat de tabel overzichtelijk wordt

C: - Maak in Excel een grafiek van de kracht tegen de uitrekking.

      - Kies voor grafiektype ‘spreiding’

      - Geef de grafiek een titel

      - Voorzie de assen van bijschrift

      - Zorg voor juiste schaal. Kies bereik van x-as en y-as goed.

      - Laat een trendlijn door de punten trekken:

         > zet de muis op een punt in de grafiek, klik op rechter muisknop, kies ‘trendlijn toevoegen’;

         > kies bij  ‘opties voor trendlijn’ Type lineair, vink aan ‘snijpunt met Y-as

            instellen’ en  zet deze op 0,0 (je weet zeker dat deze trendlijn door de oorsprong (0,0)

            moet gaan)

         >Geef de trendlijn een passende kleur, bijv. dezelfde kleur als de punten, en pas eventueel de dikte van de lijn aan.

      -  Excel geeft standaard legenda naast de grafiek. Wanneer je maar één getallenreeks in

         de grafiek weergeeft, is dit eigenlijk overbodig. In dit geval kun je de legenda dus weghalen.

     

D: -   Welke vraag kun je met behulp van deze grafiek beantwoorden?

 

 


Opdracht 2      Lengte en omvang van de  borstkas

      In een tweede klas op de middelbare school is bij een practicum respectievelijk de

      lengte (in m) en de borstkasomvang (in cm) van de leerlingen gemeten. 

      De resultaten waren als volgt:

      jongens:     1,70 m - 74 cm / 1,64 m70 cm / 1,83 m83 cm /

                        1,80 m74 cm / 1,65 m72 cm / 1,90 m85 cm /

                        1,82 m89 cm / 1,68 m79 cm / 1,68 m82 cm

      meisjes:      1,73 m70 cm / 1,64 m70 cm / 1,61 m71 cm /

                        1,64 m75 cm / 1,64 m68 cm / 1,65 m73 cm /

                        1,72 m75 cm / 1,62 m71 cm / 1,62 m68 cm

A:  -  Vermeld deze gegevens van de jongens en meisjes naast elkaar in één overzichtelijke tabel. Maak de tabel in Excel.

      -  Denk aan de aanwijzingen in opdracht 1

      -  Maak bij de gegevens over de jongens een kopje ‘jongens’ boven de kolommen‘lengte’ en ‘omvang borstkas’ (cellen samenvoegen)

      - Maak bij de gegevens over de meisjes een kopje ‘meisjes’ boven de kolommen ‘lengte’ en ‘omvang borstkas’.

      -  Laat de gemiddelde lengte en borstkasomvang van de jongens en van de meisjes in deze klas berekenen.

     

B: -   Maak een grafiek waarin de verhouding lengte/omvang van de jongens wordt weergegeven.

      - Kies voor grafiektype ‘spreiding’

      - Geef de grafiek een titel

      - Voorzie de assen van bijschrift

      - Zorg voor juiste schaal. Kies bereik van x-as en y-as goed.

      - Laat een trendlijn door de punten trekken. Geef de trendlijn een passende kleur,

         bijv. dezelfde  kleur als de punten.

 

      -  Voeg aan dezelfde grafiek de reeks gegevens van de meisjes toe.

      - Laat een trendlijn door de punten van de meisjes trekken.

      - Geef de trendlijn van de meisjes een passende kleur.

      -  Nb. in deze grafiek heb je twee getallenreeksen, dus de legenda zijn

         niet overbodig.

 

      -  Probeer eens puntgrootte/vorm/kleur te veranderen (met muis op punt gaan staan en rechter muisknop indrukken: ‘gegevensreeks opmaken’)

      -  Probeer eens dikte/vorm/ van trendlijn aan te passen (trendlijn opmaken)

C:  -  Maak een tweede grafiek waarin de gegevens van de jongens en de meisjes als één reeks worden weergegeven en trek een trendlijn door de punten. Werk de grafiek naar behoren af.

 

D:  -  Welke vraag kun je met de grafiek van B  beantwoorden?

      -  Welke vraag kun je met de grafiek van C beantwoorden

 

 

     

IV. gebruik en keuze van glaswerk

 

Bij scheikunde, natuurkunde en biologie moet je vaak de hoeveelheid van een vloeistof bepalen door het aflezen van glaswerk. In dit hoofdstukje gaan we in op de volgende vragen:

·   Hoe lees je de stand van het vloeistofniveau af?

·   Wat zijn de meetonnauwkeurigheden van het verschillende glaswerk?

 

Aflezen van vloeistofniveau

In afb.1 zie je dat de vloeistoflijn in een maatcilinder (en ander glaswerk) een meniscus vormt, bij de rand gaat de vloeistoflijn iets om hoog.

Afb.2 laat zien hoe je de hoeveelheid moet aflezen, op hoogte van de horizontale vloeistoflijn, met je oog op dezelfde hoogte

 

                                                            

 

afb. 1. Vloeistoflijn (meniscus)                                   afb.2 Aflezen van de hoeveelheid

in een maatcilinder                                                      vloeistof in een maatcilinder 1

                         

1bron plaatje: http://www.gymnasiumleiden.nl/upload_attach/klas_2_maatcilinder_05_06.pdf

 

 

Er is te zien dat het volume ligt tussen de 44 en 46 mL, iets meer dan 45 mL. Daarna maak je een schatting. Het juist geschatte volume in de maatcilinder in afb. 1 is 45,3 mL.

 


afb. 3 Voorschriften

 

Tekstvak: DNA isolatie uit ui
Er is een simpele methode om op school DNA uit een ui te isoleren. 

Benodigdheden
- staafmixer
- groot, scherp mes en snijplank
- grote plastic trechter 
-	thermometer
- waterbad 60 °C
- ijs in een groot bekerglas
- 2 bekerglazen van 250 mL
- koffiefilter
-	ui, ca 100 g
- afwasmiddel
- 3 g keukenzout
-	100 mL gedistilleerd water
-	pipet of plastic spuit van 10 ml
- reageerbuis
- glazen staaf
- 2 à 3 druppels protease
- 6 ml ijskoude ethanol (alcohol)

Uitvoering
Meng het zout met het afwasmiddel. Vul aan met water tot 100 ml. 
Hak de ui in kleine stukjes niet kleiner dan 10 mm x 10 mm.
Doe de stukjes ui in een beker en giet het wasmiddel-zout-mengsel er op.
Meng het geheel en zet het in een waterbad van 60 °C gedurende precies 15 minuten.
Koel het mengsel af door het bekerglas gedurende 5 minuten in ijswater te zetten onder voortdurend roeren.
Giet het mengsel in een keukenmachine en draai 5 sec. (niet langer!) op hoog toerental.
Filtreer het mengsel in het andere bekerglas. Pas goed op dat het schuim op het oppervlak het filtraat niet verontreinigt. Dit filtraat is het uienextract dat oplosbare eiwitten en DNA bevat.
Doe 3 druppels protease bij ca 10 mL uienextract in een reageerbuis. Meng goed.
Giet nu heel voorzichtig een laag ijskoude alcohol bovenop het extract-enzymmengsel door de alcohol langzaam in de schuingehouden buis te gieten. Laat dit geheel 2 à 3 minuten staan zonder aan te raken.
Het DNA slaat neer op het grensvlak. Er is een wit web van slijmerig DNA te zien die met een Pasteurse pipet uit de buis kan worden gehaald.

bron: www.ipn.uni-kiel.de/eibe/UNIT01NL.PDF
Tekstvak: Concentratiebepaling van waterstofperoxide
Bij de drogist is een oplossing van ongeveer 3 massaprocent waterstofperoxide te koop die kan worden gebruikt als ontsmettings- of blonderingsmiddel. De concentratie van waterstofperoxide kan door middel van een titratie worden bepaald. Het voorschrift voor deze bepaling is als volgt.

Benodigdheden
- H2O2
- maatkolf van 100,00 mL
- pipet van 25,00 mL 
-	2 maatcilinders van 10 mL
- erlenmeyer van 250 mL
- 0,105 M natriumthiosulfaat
- 2 M zwavelzuur
- 0,2 M kaliumjodide
-	zetmeeloplossing
- gedestilleerd water
-	balans (0,1 gr nauwkeurig)

Uitvoering
Weeg ongeveer 3 g blonderingsmiddel, dat waterstofperoxide bevat, nauwkeurig af. Schenk dit in een maatkolf van 100 mL, vul aan met gedestilleerd water en homogeniseer.
Pipetteer 25,00 mL van deze verdunde waterstofperoxide-oplossing in een erlenmeyer.
Voeg hieraan met een maatcilinder 10 mL 2 M zwavelzuur en 10 mL 0,2 M kaliumjodide toe. Laat 5 minuten staan en titreer met 0,105 M natriumthiosulfaat. Voeg als de oplossing lichtgeel is geworden een paar ml zetmeeloplossing toe en titreer tot de oplossing kleurloos is geworden. Met de hoeveelheid toegevoegd natriumthiosulfaat is vervolgens te berekenen wat de concentratie waterstofperoxide in het blonderingsmiddel is

bron: Chemie, scheikunde 1 deel 2, Wolters-Noordhoff.
 

 

 


Keuze van glaswerk

In de in afb.3 weergegeven voorschriften worden verschillende meetinstrumenten gebruikt.
De keuze van meetinstrumenten wordt bepaald door de nauwkeurigheid van het experiment. De eerste vraag die je jezelf altijd moet stellen is:“Gaat het om een kwalitatief of kwantitatief experiment?”

 

Opdracht 3      Kwalitatief of kwantitatief

-    Wat is het verschil tussen een kwalitatief en een kwantitatief  experiment?

-    Noteer welke meetinstrumenten er in elk van beide voorschriften worden gebruikt.

-    Met welke nauwkeurigheid worden de hoeveelheden in beide voorschriften

   aangegeven?

-    Geef nu voor beide van de voorschriften aan of het om het type kwalitatief of

   kwantitatief gaat.

 

 

Opdracht 4      De nauwkeurigheid van glaswerk

      Voor het afmeten van een bepaald volume moet je bij de keuze van het glaswerk letten

      op twee factoren, de grootte van het glaswerk en de nauwkeurigheid van het glaswerk.      
Doel van deze opdracht is meer inzicht te krijgen in de grootte van de meetfouten bij         
gebruik van de verschillende soorten glaswerk.

      Lees de opdracht eerst door en maak voordat je begint een tabel in je schrift waarin je de meetresultaten kunt noteren.

 

      Benodigdheden

      -  bovenweger

      -  bekerglas 400 mL

      -  bekerglas 250 ml

      -  erlenmeyer 300 ml

      -  maatcilinder 250 ml

      -  maatcilinder 100 ml

 

      Uitvoering

      -  Weeg een 400 mL bekerglas op een bovenweger, noteer het gewicht.

      -  Vul het bekerglas met kraanwater tot de 100 mL maatstreep en weeg het

         bekerglas opnieuw. Noteer het gewicht.

      - Doe hetzelfde met een bekerglas van 250 mL, een erlenmeyer van 300 mL,

         een maatcilinder van 250 mL en een maatcilinder van 100 mL.

 

      Uitwerking

      -  Maak een tabel in Excel.

         Neem als kolommen: massa leeg (g), massa gevuld (g), massa water (g),

         gemeten dichtheid (g∙cm-3), werkelijke volume

         Neem als rijen: bekerglas 400 mL, bekerglas 250 mL, erlenmeyer 300 mL,

         maatcilinder 250 mL en maatcilinder 100 mL.

      -  Vul in de eerste twee kolommen de gemeten waarden in en laat in derde kolom de                                   
massa voor water berekenen.

      -  Gebruik in de vierde kolom een formule om de dichtheid van water te berekenen (gemeten massa water / afgemeten volume water)

      -  In Binas staat in tabel 11 de werkelijke dichtheid van water (0,998 gr∙cm-3). Vergelijk deze met de door jullie berekende dichtheid van water. Geef een verklaring voor de waargenomen verschillen.

      -  Met de in Binas vermelde werkelijke dichtheid van water en de door jullie bepaalde massa’s van water (kolom 3) kunnen jullie nu berekenen wat de werkelijke volumes van de afgemeten hoeveelheden water waren. Doe dit in kolom 5 van de tabel.

      -  Welke conclusie kun je trekken met betrekking tot de grootte van de meetfouten bij de                

         gebruikte soorten glaswerk?

      -  Welke conclusie kun je trekken met betrekking tot de grootte van het te gebruiken glaswerk en de af te meten hoeveelheid vloeistof?

 

  

 


V. De dichtheid van een vaste stof

 

In de derde klas heb je de dichtheid van suiker bepaald. Je kreeg daarvoor een suikerklontje, een meetlatje, en een balans. De handelingen waren niet te moeilijk, je ging de massa meten op de balans en het volume bepalen door de lengte, de breedte en de hoogte op te meten. En dan natuurlijk de finale formule toepassen: dichtheid = massa / volume.

 

Helaas was de uitkomst veel lager dan de literatuurwaarde van 1,58 g / cm3. Wat was er nu toch fout gegaan? ….. Eigenlijk niets! Als je hetzelfde had gedaan met een dvd-box, had je ook niet de dichtheid van plastic gekregen, want…..

 

Als we de dichtheid van een vaste stof bepalen en daarna willen vergelijken met de waarde in BINAS, dan moeten we zeker weten dat we alleen aan die stof meten. Een suikerklontje bestaat niet alleen uit suiker maar ook uit…..

 

Een voorwerp kan wel eens meer niet helemaal zijn wat het lijkt.

 

Koning Hieron van Syracuse die zijn smid opdracht had gegeven om van een grote goudklomp een nieuwe kroon te maken, bleef niet blij met het eindresultaat. Niet omdat de kroon niet mooi was, maar wel omdat hij zich afvroeg of deze wel van puur goud was gemaakt. 

 

Hij zocht hulp bij de wetenschappers van die tijd, want de koning begreep ook wel dat hij hier niets had aan de formule lengte* breedte* hoogte.

 

Vraag: Ooit riep de Griekse wis- en natuurkundige Archimedes ‘Eureka, eureka’, stapte uit bad en liep naakt door de straten van Syracuse want hij had namelijk iets over dichtheid ontdekt. Zoek op het internet wat deze Archimedes ontdekt had en hoe hij zijn koning hiermee kon helpen.

 

 

bron plaatje: http://www.hagmolen.nl/archimedes.html

 

 

 


Drijven, zweven en zinken

Als je niet aan de vorm van een voorwerp hoeft te denken, is het beschrijven van het al dan niet drijven, zweven of zinken eenvoudig afhankelijk van de dichtheid van het voorwerp en de dichtheid van de vloeistof.

 

Toch hoeft metaal (denk b.v. aan aluminiumfolie) niet te zinken, als je het maar als een bootje vouwt.

 

Als je wel met de vorm van het voorwerp rekening moet houden, moet je van het voorwerp altijd eerst de dichtheid van het geheel berekenen.

 

Met behulp van deze animatie (applet) kunnen we dit toegepast zien.

 

 

Opdracht 5:  

      Gebruik de onderstaande link om dat te doen. Onderzoek zelf welke informatie deze animatie allemaal geeft. (n.b. mercury is de stof kwik)

      http://www.mhhe.com/physsci/physical/giambattista/fluids/fluids.html

 

Wonderlijke feitjes.

Dichtheid werd vroeger soortelijk gewicht en later soortelijke massa genoemd. Het woord soortelijk kom je in de natuurkunde nog tegen in soortelijke weerstand en soortelijke warmte. Het woord soortelijk betekent zoveel als: van een bepaalde stof.

 

Lood heeft een kleinere dichtheid dan kwik, en een stukje lood kan dus drijven in een bakje met kwik. Er zijn twee redenen om dit proefje niet meer uit te voeren, allereerst is het gebruik van kwik (bijna) helemaal verboden omdat kwik het zenuwstelsel aantast en daarnaast niet omdat de twee metalen een chemische reactie aangaan.

 

afb. 4  Bericht uit de Volkskrant van woensdag 11 juli 2007 

Tekstvak: EU bant kwik alsnog definitief uit barometers.
•	Besluit betekent einde aan eeuwenoud ambacht.
•	‘Milieudrammers hebben het pleit gewonnen’
•	Angst dat kwik uit kapotte barometers nu in het milieu komt.

Nauwkeurige metingen aan regelmatige voorwerpen.

Met een liniaal kan ik van een blokje de lengte wel in drie cijfers geven, bijvoorbeeld 5,97 cm, het laatste cijfer is alleen het minst exacte omdat het een schatting betreft. Een andere leerling zal misschien 5,96 of 5,98 cm als waarde opgeven. Je geeft je meting in drie significante cijfers.

Met een schuifmaat kun je nog net wat nauwkeuriger meten.

 

De schuifmaat is een precisie-instrument gemaakt van roestvast gereedschapsstaal. Op het schuivende gedeelte zit het NONIUS waarmee we de maat zeer nauwkeurig kunnen aflezen. Dit kan in tienden van millimeters. Gebruik de schuifmaat dan ook alleen maar om te meten!

De meeste schuifmaten die jullie gebruiken zijn van plastic.

 

De onderdelen van de schuifmaat.

 

Het aflezen van de Nonius (in de onderstaande foto) gaat als volgt:

a.       Lees het aantal hele schaaldelen af. (Kijk naar de nul van de nonius).

      Dit aantal bedraagt hier 14 mm.

b.      Bepaal welk streepje van de nonius recht tegenover een streepje van de hoofdschaal staat. In de afbeelding staat de “5” tegenover een streepje van de hoofdschaal.

c.       De gemeten maat is dan 14.50 mm. De afleesnauwkeurigheid is 0.05mm, dit betekent  (14.50 ± 0.05) mm.

aflezingschuifma

 

bron beide plaatjes: http://members.home.nl/e.loef/images/Schuifmaat.doc

 

Opdracht 6

      Oefen het aflezen van de schuifmaat door de link naar de volgende applet te volgen.

 

      http://intranet.vituscollege.nl/Vaklokalen/Natuurkunde/Applets/ll_menu/onderbouw/beweging/schuifmaat/schuifm.htm

 

 

     

 


Nauwkeurige metingen aan onregelmatige voorwerpen.

Zoals met de kroon van koning Hieron al direct duidelijk is moeten we bij onregelmatige voorwerpen het volume op een andere manier proberen te meten.

 

Als ik het volume van een kiezelsteentje wil bepalen kan ik de onderdompelingsmethode gebruiken. Ik neem een maatcilinder met een beetje water, lees de waterstand af en dompel daarna voorzichtig het steentje in de maatcilinder. Het verschil tussen de waterstanden geeft het volume van het kiezelsteentje.

 

Bij de kroon moet je natuurlijk aan een bad denken. Hoe zou je het moeten doen bij een paperclip?

 

Bepaling van de dichtheid van vaste stoffen.

Het doel van de volgende drie opdrachten is om te onderzoeken hoe we bij vaste stoffen zo nauwkeurig mogelijk de dichtheid kunnen vastleggen. Uiteraard bepalen de gebruikte meetinstrumenten en je eigen afleesvaardigheid de nauwkeurigheid van je antwoord. Je werkt de opdrachten in groepjes van twee uit, en bewaart weer het resultaat in de map.

 

Opdracht 7

      Benodigdheden:

      - drie blokjes van verschillend materiaal

      - schuifmaat

      - weegschaal

 

      Uitvoering

      -  Bepaal met bovenstaande middelen zo nauwkeurig mogelijk de dichtheid van de blokjes.

      -  Bepaal met behulp van het Binasboekje van welke stoffen je de dichtheid gemeten hebt.

      -  Vul onderstaande tabel in:

 

Dichtheid (g/cm3)

Stof

Blokje 1

 

 

Blokje 2

 

 

Blokje 3

 

 

 

Opdracht 8

      Benodigdheden

      -  knikker(s)

      -  schuifmaat

      -  maatcilinder

      -  weegschaal

 

      Uitvoering

      Van een bol is het volume te berekenen met de formule 4/3 * π * r3  (r is de straal van de bol).
      -  Bepaal met behulp van de formule zo nauwkeurig mogelijk de dichtheid van de knikker.

      -  Bepaal met de onderdompelingsmethode zo nauwkeurig mogelijk de dichtheid van de knikker.

      -  Vul de onderstaande tabel in:

 

Dichtheid (g/cm3)

Berekening met de formule

 

Berekening met de dompelmethode

 

 

      -  Welke van de twee methoden is het meest nauwkeurig?

Extra opdracht

      Benodigdheden:

      -  massa’s zoals hieronder in bovenaanzicht weergegeven

      -  schuifmaat

      -  maatcilinder.

      -  weegschaal.

      Uitvoering

   Het blokje kun je bij benadering zien als opgebouwd uit een grote cilinder, met twee        
uitsparingen (zowel een cilindervormige als een staafvormige).

      Van een cilinder is het volume te berekenen met de formule π * r2 * h (straal r en

      hoogte h).

 

      -  Bepaal met behulp van formules zo nauwkeurig mogelijk de dichtheid van de massa.

      -  Bepaal met de onderdompelingsmethode zo nauwkeurig mogelijk de dichtheid van de massa.

      -  Bepaal met behulp van het Binasboekje van welke stof je de dichtheid gemeten hebt.

      -  Vul de onderstaande tabel in:

 

Dichtheid (g/cm3)

Stof

Berekening met de formule

 

 

Berekening met de dompelmethode

 

 

 

      -  Welke van de twee methoden is het meest nauwkeurig?

 


VI. Inleiding in het gebruik van IPCOACH 6 – Meten

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Hele kortdurende gebeurtenissen, zoals de tijdsduur van de flits van een fotocamera, is met eenvoudige meetinstrumenten niet te meten. De meetfout met een stopwatch is vele malen groter dan gewenste tijdmeting.

Continu meten van een temperatuur is voor ons ook lastig uit te voeren. Elke keer aflezen en opschrijven kost tenslotte tijd. Een automaat heeft daar minder moeite mee.

Hele langdurige metingen, zoals het temperatuurverloop in een etmaal, is voor ons ook een beproeving.

Er is een programma ‘Coach’ dat al dit soort metingen, zonder te klagen, wel nauwkeurig kan verrichten.

 

De volgende korte introductie geeft een eerste kennismaking met de mogelijkheden van dit programma dat voor alle exacte vakken te gebruiken is.

 

Je leert

·         het aansluiten en het gebruiken van een sensor in coach

·         het instellen van de geschikte assen voor de meting

·         het uitvoeren van een meting

·         het bewerken van de grafiek

 

Werk deze introductie helemaal door.


Meting van de temperatuur van je hand met een temperatuursensor

 

1.   Start COACH en kies in het menu voor: Meten.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.   Klik met de linker muisknop op het scherm op het plaatje voor Openen

      (tweede van links).

 

 

 

 

 

3.   Kies eerst voor: 3. Laboratorium.

 

 

 

 

 

 

 

 

4.   Kies in het volgende menu eerst voor: Afdeling Natuurkunde 

         

                                     

 


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.   Lees de korte welkomstekst en klik vervolgens in het venster links onder op het scherm. Je activeert dan het aansluiten van sensoren op     CoachLab.

      Links zie je plaatjes met   symbolen, die sensoren voorstellen.

6.   Sleep het plaatje met de temperatuursensor naar het linkerdeel van het CoachLab:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7.   Sluit op het verbindingskastje COACHLAB II+ aan de linkerkant een temperatuursensor aan.
Controleer of de adapter van het kastje op het stopcontact is aangesloten.
Controleer ook of dit kastje op een USB-ingang van de computer is aangesloten.

 

8.   Houd de temperatuursensor in je hand en constateer op het scherm dat temperatuur hoger wordt.

 

9.   Ga op de bovenste werkbalk (activiteitenbalk) na wat de betekenis is van de plaatjes:

 

      Noteer hieronder de betekenis van de vermelde plaatjes in de activiteitenbalk.

 

               


10. Laat in het venster rechts boven een plaatje van detemperatuurmeting verschijnen door eerst op de het plaatje van de meter op de activiteitenbalk te klikken, dan in het volgende plaatje voor

      ‘Analoog In3: Temperatuursensor’ en vervolgens op de OK-knop.

      Beweeg de cursor (met het metertje) naar het venster rechtsboven en laat met een klik de temperatuurmeting

      verschijnen. Neem de temperatuursensor in je hand en merk op dat de waarde van de thermometer stijgt.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11. Oefen met de knoppen van de activiteitenbalk door in de vensters aan de rechterkant te laten verschijnen:
      - de waarde (van de temperatuur)
      - een diagram
      - een tabel

      - een venster, waarin je zelf tekst kunt invoeren.

      Je kunt de inhoud van een venster helemaal wissen door op het afsluitknopje (kruisje) rechts boven in een venster te klikken.


      

        

      Met het linker knopje kun je kiezen voor het laten afdrukken van het venster of voor het plaatsen in het klembord.

      Met het middelste kun je switchen naar een volledig-scherm-weergave (en weer terug).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12. Laat in het scherm rechtsboven een diagram verschijnen.



 

                                         

 

 

 

 

 

     

 

 

 

 

 

 

De instellingen van het diagram kun je wijzigen door met de rechter muisknop in het venster van het diagram te klikken. Je ziet dan het keuzemenu.

 

 


13. Kies voor Diagraminstelling

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

      Verander het aantal decimalen van de tijd van 3 naar 1 en verander de maximale tijd van 10 in 50.

      Verander ook de instelling voor de temperatuur-as. Kies daartoe eerst voor kolom C2
      Verander het weergavebereik in Min: 10 en Max: 40.

     

 

      In het diagram zie de waarde van de temperatuur met een rood lijntje aangegeven.

      Als je de sensor weer met je hand verwarmt, zie je dit lijntje oplopen.

 

14. Een meting starten en meetinstellingen.
      Gebruik de knop start:  om een meting van de temperatuur te beginnen.
      Merk op dat de meting maar 10 seconden duurt.
      Verander dit door op de knop instellingen:  te klikken.
      Verander de tijdsduur van 10 in 100 seconden.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15. Start weer de meting.
      Verwarm 50 seconden lang de sensor met je hand en laat de sensor de volgende

      50 seconden afkoelen.
      Laat het raster tonen door in het diagrammenu (rechter muisknop) in het diagramvenster te klikken,
te kiezen voor Weergave… en te klikken bij: Raster tonen.
     

     

 

      Het volgende diagram verschijnt:

 

 

     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Via Automatisch Zoomen (diagrammenu) kun je in het diagram de temperatuurweergave laten beperken,
zodat je de temperatuurveranderingen beter kunt aflezen:

16. Verwerking
      Vanuit het diagram kun je verder gaan met het analyseren van de metingen:
      Kies via Analyse/Verwerking voor: Helling.

 



 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Beweeg met de muis de verticale streepjeslijn naar 10 seconden en klik op de linker muisknop.
Je ziet dan een zwarte lijn, waarmee je de helling van de grafiek bij 10 sec kunt bepalen.

 

Met de pijltjestoetsen kun je de helling van de zwarte lijn veranderen tot je vindt dat deze lijn zo goed mogelijk raakt aan de grafiek.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

        

 

 

 

 

 

 

 

 

Ga na tussen welke grenzen volgens jou de helling van de grafiek bij 10 sec ligt.

Welke eenheid wordt gebruikt?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

17. Gebruik van de aantekeningen. Over de meting kun je een aantal natuurkundige vragen stellen.
        

      Stel jezelf (of elkaar) minstens 3 natuurkundige vragen en probeer ze te beantwoorden.
      Voer de vragen en de antwoorden in het venster rechts onderin, waar je via de knop              een eigen tekst kunt invoeren.

 

      Als je alles af hebt (of tussendoor) kun je je instellingen en metingen opslaan via de knop    .

      Ga vervolgens in het venster voor Opslaan als… eerst naar je eigen map op het netwerk,      

      maak daar een nieuwe map met b.v. als naam: meting handtemperatuur en sla het werk op.

 

 

18. Sluit Coach af en open het programma (meten) vervolgens weer.

      Ga naar je eigen map en open de resultaten van je eigen metingen.

      Ga na of inderdaad de meetinstellingen en de resultaten juist zijn opgeslagen en geopend.
      Sluit het programma weer helemaal af en ga via Deze computer naar je eigen map en daarin naar de opgeslagen meetresultaten.

      Windows herkent dat het om een COACH 6 bestand gaat en zal het openen.