Issuu on Google+

Buntinx Davy

Fysica in tv-series en films

0


Woord vooraf Leerlingen komen in heel wat vakken in aanraking met filmfragmenten. Denk maar aan vakken zoals biologie en geschiedenis die aanschouwelijk gemaakt worden met behulp van video. In de fysica gebruikt men dit zelden. De aanschouwelijkheid in een les wetenschappen moet vooral komen van het uitvoeren van experimenten. Toch zie ik een meerwaarde in het gebruik van (populaire) films en tv-series in het klaslokaal. Niet enkel om een afwisseling in werkvormen te bekomen, ook om de leerlingen met een kritische blik naar het gebruik en de voorstelling van wetenschap in Hollywood te leren kijken. Dit eindwerk dient als onderzoek naar het gebruik hiervan in de lessen fysica. Hierbij heb ik me dan ook niet willen beperken tot de decretale specifieke eindterm wetenschappen 28: “Informatie uit media en literatuur toetsen aan wetenschappelijke kennis.” Ik heb ervoor gekozen om in eerste instantie het leerplan fysica van de tweede graad erbij te nemen en te kijken bij welke leerstofonderdelen het mogelijk is om populaire films en tv-series te gebruiken als voorbeeld of als (foutieve) link naar de werkelijkheid. Vervolgens ben ik nagegaan in welke mate bekende fysici en technologische evoluties in beeld worden gebracht. Hierna heb ik een opsomming gemaakt van enkele populaire wetenschapsprogramma’s die de laatste jaren een sterke opmars gemaakt hebben. Tot slot heb ik ook een kant-en-klaar demopracticum aangaande de archimedeskracht opgesteld waarbij het fragment over de Titanic te linken valt. Ik wens ook nog enkele personen te danken, zonder wie ik dit eindwerk nooit tot een vruchtbaar einde had kunnen brengen. Vooreerst mijn ouders, Leonie en Rene, die mij steeds zijn blijven steunen in mijn studiekeuze en mij alle kansen en mogelijkheden hebben geboden om hierin te slagen. Voorst ook mijn vriendin, Lieve, die mij steeds weer op het juiste pad krijgt wanneer het even moeilijk gaat, die de dingen kan relativeren waar ze voor mij reeds te zwaar wegen. Ook mijn promoter en fysicalector, Nele Vandamme, wens ik van harte te bedanken voor haar begeleiding gedurende mijn derde jaar.

1


Inhoudstafel Woord vooraf ........................................................................................................ 1 1 Optica ............................................................................................................... 5 1.1 Voortplanting van het licht ............................................................................. 5 1.1.1 Leerplandoelstellingen ............................................................................. 5 1.1.2 Laserstralen ........................................................................................... 5 1.1.3 Schaduwvorming: The Simpsons & Independence Day ................................ 6 1.1.4 Sin City: een film noir ............................................................................. 7 1.2 Terugkaatsing bij vlakke spiegels .................................................................... 9 1.2.1 Leerplandoelstellingen ............................................................................. 9 1.2.2 Spiegelbeeld .......................................................................................... 9 1.2.3 Archimedes’ zonnestraal des doods ......................................................... 10 1.3 Lenzen ...................................................................................................... 13 1.3.1 Leerplandoelstellingen ........................................................................... 13 1.3.2 Werking 3D-TV’s .................................................................................. 13 1.3.3 Tilt-Shift, spelen met de lens ................................................................. 16 1.4 Optische toestellen ..................................................................................... 18 1.4.1 Leerplandoelstellingen ........................................................................... 18 1.4.2 De werking van een filmprojector ........................................................... 18 2 Fenomenologische benadering van het deeltjesmodel ............................................ 20 2.1 Leerplandoelstellingen.............................................................................. 20 2.2 Cohesie en adhesie: Terminator 2 en Heroes .............................................. 20 3 Krachten .......................................................................................................... 22 3.1 Leerplandoelstellingen.............................................................................. 22 3.2 De wet van Archimedes: Titanic ................................................................ 22 3.3 Elastisch systeem: De veer: MacGyver ....................................................... 24 3.4 Zinken, zweven, drijven: Up ..................................................................... 25 4 Kracht en beweging .......................................................................................... 26 4.1 Leerplandoelstellingen.............................................................................. 26 4.2 Actie en reactie: kogel ............................................................................. 26 4.3 Wrijving: motoren van een ruimteschip ...................................................... 28 4.4 Traagheid: Grote ruimteschepen vs. kleine ruimteschepen ........................... 29 2


4.5 Vrij bewegen in de ruimte ........................................................................ 30 5 Arbeid, energie, vermogen ................................................................................. 32 5.1 Leerplandoelstellingen.............................................................................. 32 5.2 Tarzan: Mechanische energie .................................................................... 32 5.3 Lost: Slinger van Foucault ........................................................................ 34 5.4 Milieuaspecten: The Simpsons .................................................................. 35 6 Druk ............................................................................................................... 37 6.1 Leerplandoelstellingen.............................................................................. 37 6.2 Druk in een vloeistof: duikbootfilms ........................................................... 37 6.3 Deur openen in een vliegtuig .................................................................... 39 7 Warmte en energie ........................................................................................... 42 7.1 Leerplandoelstellingen.............................................................................. 42 7.2 Lawrence of Arabia .................................................................................. 42 8 Gemeenschappelijke eindtermen voor wetenschappen ........................................... 43 8.1 Wetenschap en samenleving ..................................................................... 43 8.2 Films over bekende fysici ......................................................................... 44 8.3 From the Earth to the Moon ...................................................................... 45 9 Populaire fysica op TV ....................................................................................... 46 9.1 Mythbusters............................................................................................ 46 9.2 Brainiac: Science Abuse ........................................................................... 48 9.3 Richard Hammond’s Engineering Connection ............................................... 49 9.4 Hoe? Zo! ................................................................................................ 50 9.5 Into The Universe with Stephen Hawking ................................................... 51 10 Werkblad “Titanic”........................................................................................... 52 Figuren en bronnenlijst......................................................................................... 53

3


“De meest opwindende woorden die men kan horen in de wetenschap, die

woorden

ontdekkingen „Eureka,

ik

die

inluiden, heb

het

nieuwe zijn

niet:

gevonden!‟,

maar: „Haha, grapjas!‟” - Isaac Asimov (1920-1999)

4


1 Optica 1.1 Voortplanting van het licht 1.1.1 Leerplandoelstellingen 

(6) De begrippen lichtbron en donker lichaam omschrijven.

(7) Het onderscheid maken tussen ondoorschijnende, doorschijnende en doorzichtige voorwerpen.

(8) De drie soorten lichtbundels herkennen, benoemen en tekenen.

(9) Aantonen en illustreren dat licht zich in een homogeen midden rechtlijnig voortplant.

(10) De schaduwvorming verklaren als gevolg van de rechtlijnige voorplanting van het licht in een homogeen midden.

(11) Het onderscheid aangeven tussen de begrippen “grootheid” en “eenheid”. De SI-eenheden samen met de meest gebruikte veelvouden en delen van de aangebrachte grootheden aangeven, omzetten en gebruiken en de meetapparatuur gebruiken om lengte te meten.

1.1.2 Laserstralen Wanneer je een proef uitvoert waarin je gebruik maakt van lichtstralen dan moet je ervoor zorgen dat deze lichtstralen zichtbaar worden. Vaak gebruiken leerkrachten hiervoor wat krijtstof. Dit is nodig, want de lichtstralen worden gebroken door de stofdeeltje en komen zo in het oog van de waarnemer – in dit geval de leerlingen – terecht. Voor de leerlingen kan het echter als onlogisch overkomen dat je lichtstralen – en dan meer bepaald laserstralen – zichtbaar moet maken. In heel wat films, vooral actie- en sciencefictionfilms – zijn laserstralen steeds zichtbaar. Zo heeft men in Star Wars de lasergeweren, waarbij je licht uit het wapen ziet komen. Dit zou in het echt niet kunnen, gezien men een laserstraal niet ziet, tenzij men ervoor zorgt dat deze ergens op kan weerkaatsen. Wanneer je met een laser op de muur schijnt, zie je enkel een rood puntje op de muur, gezien de muur de lichtstralen weerkaatst. De lichtbundel zelf zie je niet, deze wordt niet voldoende weerkaatst. Je kan dit echter oplossen door een stof te verspreiden waardoor de lichtstralen breken naar de waarnemer z’n oog, bijvoorbeeld krijtstof.

5


Filmmakers

maken

de

laserstralen

vaak

zichtbaar,

meestal door computereffecten te gebruiken, om het voor de kijkers duidelijk te maken dat het gaat om lasers. Zo gaf George Lucas – de maker van de Star Wars-films – toe dat de laserstralen die uit de wapens komen zijn gebaseerd op de kogels die men in echte wapens kan vinden. Hij was van mening dat het doorsnee publiek niet zou doorhebben dat er geschoten werd.

Figuur 1: Scènes uit Star Wars

Bij bovenstaande fout moet opgemerkt worden dat in heel wat “inbraakfilms” dit wél juist in beeld wordt gebracht. Dit gebeurt in deze films om de spanning van de bankoverval zo hoog mogelijk te houden, want plotsklaps blijkt er een laserbeveiliging aanwezig te zijn! In deze films hebben de dieven meestal als oplossing een spray of een soort krijtstof bij zich om de laserstralen zichtbaar te houden.

1.1.3 Schaduwvorming: The Simpsons & Independence Day In

de

tweedelige

The

Simpsons-aflevering

“Who

Shot

Mr.

Burns?”

1

beslist

kerncentralebaas Mr. Burns om de inwoners van de stad Springfield veel geld te ontfutselen door ervoor te zorgen dat zij veel elektriciteit moeten gebruiken. Zijn plan bestaat erin om een constante duisternis te creëren zodat ze steeds hun lichten zouden laten branden. Uiteindelijk besluit hij een grote beweegbare schijf boven de stad te bouwen. De stad bevindt zich vervolgens in een volledige duisternis. De makers van The Simpsons houden in deze aflevering geen rekening met zonnestralen die niet rechtstreeks, maar via weerkaatsing in de stad terecht komen. Zo zal er aan de rand van de stad slechts een gevoel van schaduw zijn, alsof men zich onder een afdak bevindt. Onder een parasol zie je ook nog steeds alles, ook al is er geen sprake van rechtstreeks invallende zonnestralen. Het is daarentegen wel aannemelijk dat, wanneer men een zéér grote schijf zou bouwen – dit is hier het geval want Springfield is best wel groot – dat in het centrum van de stad een vorm van grote duisternis zou heersen. De weerkaatste lichtstralen waarvan aan de rand van de stad nog sprake zou zijn vinden veel moeilijker hun weg naar het centrum, gezien zij op heel wat obstakels stoten.

6


Figuur 2: Scène uit Independence Day

Hetzelfde effect krijgt men ook te zien in de sciencefiction-film Independence Day 2 , waarin grote cirkelvormige ruimteschepen zich boven de grote wereldsteden plaatsen. Zo zie je in een bepaalde scène – die ook in de trailer terug te vinden is – een schaduw zich langzaam over Washington D.C. bewegen, wat aangeeft dat de ruimteschepen aan het bewegen zijn. In deze film is er in de steden ook geen sprake van volledige duisternis, maar eerder van een zware bijschaduw.

1.1.4 Sin City: een film noir Sin City 3 is een misdaadfilm uit 2005. Het is de verfilming van enkele delen uit de gelijknamige stripreeks van Frank Miller4 uit de jaren ’90. De regisseur koos ervoor om te filmen volgens de principes van de film noir om zo de speciale tekenstijl van de comics trouw te blijven. Een film noir – Frans voor “zwarte film” – is een film in een specifieke stijl en sfeer. De hoogdagen van deze stijl begonnen met “The Maltese Falcon” in 1946 en eindigden met “Touch of Evil” in 1958. De film noirs waren een reactie op de vooroorlogse melodrama’s en politiefilms. Het optimisme en geloof in een rechtvaardige maatschappij had plaatsgemaakt voor cynisme en toonde een wereld die bevolkt was door corrupte, 7


egoïstische en gewelddadige personages.5 Het zwarte waar men op duidt met de term film noir duidt dus niet enkel op het zwart-wit in de kleuren maar ook op de vaak kille en onaangename thematiek. De film noir – met als technologisch hoogtepunt “Sin City” – is herkenbaar aan een geheel eigen visuele stijl: met behulp van nieuwe visuele technieken gaat men op zoek naar manieren om de innerlijke strijd van het hoofdpersonage vorm te geven.6 Eén van die technieken is “low-key lighting”. Bij de meeste Hollywood-producties is het de gewoonte om zeer veel belichting te gebruiken, door veel lampen vanuit alle hoeken te laten schijnen. Wanneer je goed oplet tijdens een populaire film, dan zal je zelden een schaduw van iemand’s neus zien. Dit komt doordat het gezicht langs alle zijden fel belicht wordt. Low-key lighting maakt gebruik van slechts één lichtbron en eventueel een simpele reflector. Men belicht één zijde van een voorwerp om de contouren te accentueren en gebruikt eventueel een reflector – meestal een wit scherm of doek - om het contrast beter te kunnen regelen. Als resultaat krijg je uiteindelijk een beeld waar 1/8e belicht wordt, in tegenstelling tot een normaal beeld waar ongeveer alles belicht wordt. Om goed gebruik te maken van low-key lighting heeft de regisseur Sin City volledig ’s nachts opgenomen.

Figuur 3: Scène uit Sin City

8


1.2 Terugkaatsing bij vlakke spiegels 1.2.1 Leerplandoelstellingen 

(12) Leerlingen kunnen de wetten van terugkaatsing van een lichtstraal door een vlakke spiegel experimenteel afleiden.

(13) Aantonen en illustreren hoe bij vlakke spiegels de stralengang (constructies) toelaat om de beeldvorming te voorspellen.

(14) Het onderscheid aangeven tussen de begrippen “grootheid” en “eenheid”. De SI-eenheden samen met de meest gebruikte veelvouden en delen van de aangebrachte grootheden aangeven, omzetten en gebruiken en de meetapparatuur gebruiken om lengte te meten.

(15) In concrete of leefwereldsituaties het gezichtsveld van een vlakke spiegel bepalen.

(16) (U) Sferische spiegels onderscheiden in holle en bolle en het verschil in beeldvorming van een reëel voorwerp tussen beide omschrijven.

1.2.2 Spiegelbeeld In heel wat films en tv-series zitten scènes waarin een personage tot een belangrijk inzicht komt, vaak zijn het de scènes waar een kantelmoment plaatsvindt. Een veelgebruikte metafoor bevindt zich in het ���in een spiegel kijken”. Dit vind je reeds in de stomme films uit de jaren ’20, met Charlie Chaplin, Buster Keaton en het komische duo Laurel

Figuur 4: Charlie Chaplin kijkt in de

en Hardy.

spiegel naar zichzelf

Eind jaren ’90 kwam er een verandering in het gebruik van de metafoor. Waar het personage vroeger in een spiegel keek en dit feit redelijk droog in beeld werd gebracht, filmde men nu vanuit een hoek de spiegel en zag men als het ware het personage naar zichzelf kijken. De ogen van het personage keken naar het publiek. Nu men dit reeds een decennium

toepast

is

het

een

veelgebruikte

techniek

en

wordt

het

zelfs

als

vanzelfsprekend aanzien. Het hoeft echter geen bewijs dat het onmogelijk is dat een persoon zichzelf in het midden een kleine spiegel ziet en dat een camera die zich op enige afstand links of rechts van deze persoon bevindt deze ook in het midden van die spiegel ziet. Indien men toch bewijs wenst te geven kan men steeds referreren aan de brekingswet, die zegt dat de hoek van inval gelijk moet zijn aan de hoek van terugkaatsing.

9


Wanneer je naar een film of serie kijkt en een

gelijkaardige

scène

passeert

de

revue, dan denk je hierbij zelden na, gezien je bezig bent met het verhaal te volgen. Het is echter wel waardevol voor de algemene kennis van leerlingen om bij dergelijke technieken even stil te staan. Niet

enkel

kunnen

ze

de

leerstof

aangaande spiegels toepassen in een toffe

omgeving, ze zien

ook

in

dat

acteren en regisseren vaak meer inhoudt en moeilijker is dan ze mogelijk denken.

Figuur 5: Homer Simpson kijkt in de spiegel

1.2.3 Archimedes’ zonnestraal des doods

Figuur 6: Muurschildering

De oud-Grieks wiskundige en natuurkundige Archimedes leefde in de derde eeuw voor Christus in de Siciliaanse havenstad Syracuse, dat vandaag deel uitmaakt van de Werelderfgoedlijst van de UNESCO. In zijn tijd was hij vooral beroemd als uitvinder, meerbepaald als wapenmaker. Eén van de meest tot de verbeelding sprekende wapens die men in zijn geschriften en geschriften over hem vond was de zogenaamde “zonnestraal des doods”. De constructie bestaat uit een groot aantal holle spiegels, gericht naar de zon. Wanneer de zonnestralen hierdoor weerkaatst worden krijgt men een convergerende lichtbundel. In het punt waar de lichtstralen samenkomen, alvorens een divergerende lichtbundel te 10


vormen, kan men zeer hoge temperaturen bekomen. Dit kan je door een loep boven een hoopje droog gras te houden. In het Amerikaans-Australische tv-programma MythBusters 7 hebben ze in een aantal verschillende afleveringen onderzocht of dit wapen ooit zou kunnen werken. Tijdens de allereerste test maakten ze gebruik van moderne spiegels (metaal + glaslag) en kwam men tot een temperatuur van 140 °C, wat niet hoog genoeg was om hun Romeinse namaakschip in brand te laten schieten. Er werden 7 redenen naar voor geschoven waarom de “zonnestraal des doods” een nooit-bestane mythe moest zijn: 1. De zee ligt ten oosten van Syracuse, hierdoor moest

Figuur 7: Historische opstelling volgens Archimedes

men onvermijdelijk gebruik maken van zonnestralen in de ochtend. 2. Het lijkt onwaarschijnlijk dat een stad de militaire verdediging laat afhangen van het weer. Bij bewolking kan het zéker nooit werken. 3. Het is aannemelijk dat de Romeinse oorlogsschepen bewogen, waardoor men de “zonnestraal des doods” steeds opnieuw moest richten. Gezien het over een constructie van honderden spiegels gaat kon dit waarschijnlijk niet snel genoeg. 4. De zeilen van de boten waren hoogst onontvlambaar vanwege hun lichte kleur en hun beweeglijkheid ten gevolge van de wind. 5. De “zonnestraal des doods” werd voor de eerste keer vernoemd 800 jaar na de slag om Syracuse waarin ze gebruikt zou zijn. 6. Men zou niet genoeg hebben aan één grote spiegel en één soldaat, zoals voorgesteld op oude schilderijen, maar men zou heel wat spiegels en nog meer soldaten nodig hebben om een boot snel in brand te steken. 7. Tot slot waren er heel wat alternatieven voor handen voor dit vergezochte wapen. Zo konden ze brandende pijlen afschieten, of vuurballen katapulteren. Deze kunnen veel sneller en makkelijker een brand veroorzaken, je kan er veel makkelijker mee richten en je hebt er betrekkelijk minder mankracht voor nodig. Op deze eerste aflevering kwamen er heel wat reacties en de makers van het programma besloten om een oproep te doen aan de gehele wereld om de “zonnestraal des doods” zelf uit te proberen. Hierop besloot het Amerikaanse Massachusetts Institute of Technology (MIT)

8

om zélf het door Archimedes uitgevonden wapen te bouwen.

Gezamenlijk kwamen ze tot een constructie met 300 bronzen spiegels op 13 houten rekken. Op enkele minuten tijd kregen zij hun constructie correct gericht. Uiteindelijk

11


kregen ook zij het schip niet in brand, maar ze behaalden wel een temperatuur van 230 °C. Als allerlaatste poging werd het schip op 23 meter van de spiegelconstructie gebracht en kreeg men het in brand. De “zonnestraal des doods” is dus wel mogelijk, maar niet in de praktische opstelling zoals historisch beschreven.

12


1.3 Lenzen 1.3.1 Leerplandoelstellingen 

(22) De verschillende soorten lenzen herkennen. Bolle lenzen: het brandpunt kunnen omschrijven.

(23) Beschrijven op welke wijze beeldvorming plaats vindt bij een bolle lens.

(24) Voor reële voorwerpspunten bij een bolle lens het beeld construeren door gebruik te maken van karakteristieke stralen.

(25) Berekeningen maken met behulp van de lenzenformule over voorwerps-, beeld-, brandpuntsafstand en vergroting bij een bolle lens.

(26) (U) De divergerende werking van een holle lens uitleggen.

1.3.2 Werking 3D-TV’s Wanneer je rond je kijkt, dan zie je alles in drie dimensies. Elk oog vangt een beeld op en doordat onze hersenen deze beelden samenvoegen krijgen we dieptezicht. Hierdoor zien we in de drie dimensies, we kunnen van een kartonnen doos de hoogte, de breedte en de diepte inschatten. Wanneer we echter naar de bioscoop gaan krijgen we 2D-beelden op het scherm te zien. Dit komt doordat ze met één camera filmen en je hetzelfde effect krijgt als wanneer je één ooglid gesloten houdt. De enige perceptie van diepte die je krijgt is het kunnen waarnemen of iemand zich achter een bepaald voorwerp – bijvoorbeeld een bureau – bevindt. De

laatste

tijd

Figuur 8: We zien Scarface in twee dimensies

is

3D

populairder

9

geworden,

bioscoopsuccessen “Up” van Pixar en “Avatar”

10

vooral

onder

invloed

van

de

van James Cameron. Deze films worden

opgenomen met twee camera’s die zich langs mekaar bevinden, net zoals onze ogen. Via computers worden deze beelden samengevoegd en kan men de kijker ook in drie dimensies het verhaal tonen. Nu ook televisie-fabrikanten de weg naar 3D gevonden hebben, lijkt er een nieuw tijdperk in TV-beleving aan te breken. Nu zijn er echter meerdere manier om 3D-beelden te creëeren bij het kijken naar de televisie.11 Onderstaande mogelijkheden zijn geordend volgens moment van uitvinding.

13


1 Passieve brillen Deze 3D-technologie bestaat al jaren en wordt momenteel verder ontwikkeld door Hyundai12. Op het televisiescherm zie je twee overlappende beelden die elk een andere kleurtint hebben. De lenzen van de bril zijn gepolariseerd om slechts één van de beelden door te laten. Hierdoor heeft elke lens een andere kleur. Men noemt dit passieve brillen, aangezien de bril niets doet. Normaal gesproken bewegen de trillingen van het licht in allerlei richtingen. Door middel van een polarisatiefilter wordt de trillingsrichting van een lichtbundel teruggebracht tot een trillingsrichting in één vlak. De overige lichtstralen worden door de filter geabsorbeerd.

Figuur 9: Polarisatiefilter

2 Actieve brillen Een actieve bril kan zelf de polarisatie van de lenzen aanpassen om zo de kijker van 3Dbeelden te voorzien. De bril synchroniseert deze verandering “refresh rate” – de snelheid waarmee de beelden verversen, uitgedrukt in Hz – van de televisie, die daarvoor draadloos met mekaar in contact moeten staan. Door gebruik te maken van deze technologie kan iemand perfect naar een 2D-film zitten kijken en op elk gegeven moment beslissen om z’n bril op te zetten en in 3D verder kijken. Deze technologie wordt momenteel nog verder ontwikkeld door Samsung

13

en

14

Mitsubishi . Het allergrootste nadeel is dat de actieve brillen naar alle waarschijnlijk zeer duur zullen zijn – tot 100 euro. Ik heb zelf het systeem met de actieve brillen mogen testen op het officiële launchevenement van Samsung te Brussel op maandag 31 mei 2010 en was sterk onder de indruk van de kwaliteit. Eén groot nadeel dat haast nergens vermeld wordt is het feit dat de actieve brillen van stroom voorzien moeten worden en je deze steeds dient op te 14


laden. Het dragen van de bril zelf was niet echt storend te noemen voor de beleving van een film of voor het spelen van een computerspel. Je hoeft dan ook niet altijd deze bril te dragen, waardoor men naar normale programma’s, zoals het Journaal, zonder bril kan kijken.

Figuur 10: Actieve bril

Deze foto – die op het launch-evenement getrokken werd – laat duidelijk zien dat de rechterlens op dat moment afgesloten wordt en dat de kijker het beeld via zijn linkeroog ziet. Een fractie van een seconde later wordt het rechteroog blootgesteld aan een beeld dat onder een andere hoek werd opgenomen, om zo 3D te simuleren. 3 Lenticulair Deze technologie werd ontwikkeld door Philips15 en wordt vandaag reeds gebruikt. Om op deze manier 3D-beelden te kunnen kijken heeft men geen brilletje nodig. Er wordt gebruik gemaakt van een lens voor het tv-scherm die afzonderlijk verschillende beelden stuurt naar je linker- en je rechteroog. Op het ene moment zie je dus met je linkeroog een beeld, het volgende moment ziet je rechteroog dezelfde scène vanuit een andere hoek. Op deze manier wordt het stereoscopisch beeld dat onze ogen vormt nagebootst. Er is echter een heel groot nadeel, men moet zich op een specifieke plaats bevinden om de beelden correct te ontvangen. Het is dus niet mogelijk om met een groep vrienden naar één tv-toestel te kijken.

15


1.3.3 Tilt-Shift, spelen met de lens

Figuur 11: Tilt-shift-foto

Bovenstaande

foto

lijkt

er

eentje

van

een

schaalmodelwereld

vol

met

miniatuurvliegtuigen, maar dat is slechts schijn. Er werd door de fotograaf gebruik gemaakt van het “Tilt-Shift”-effect, een effect dat o.a. te zien was tijdens de tussenfilmpjes van 1000 Zonnen en Villa Vanthilt, twee tv-programm’s van Eén uit 2009. Zoals de naam reeds doet vermoeden bestaat het effect uit twee bewegingen. Tilt Bij een gewone camera spreekt men van 3 vlakken: het beeld-, het lens- en het objectvlak. Bij een gewone foto zijn deze 3 vlakken parallel met mekaar. Hierdoor zijn alle objecten die scherp in beeld gebracht worden op eenzelfde afstand van het lensvlak te vinden. Wanneer je het lensvlak doet hellen ten opzichte van het beeldvlak, dan is er een hoek met het objectvlak en kan men meerdere afstanden scherp in beeld krijgen. Wanneer je een vlak oppervlak – zoals bijvoorbeeld een landschap of bovenstaande luchthaven – hebt, dan kan je dit op deze manier volledig scherp fotograferen.

16


Shift Wanneer het objectvlak en beeldvlak parallel zijn met mekaar, dan zijn alle evenwijdige lijnen ook op de foto parallel. Wanneer je op satellietfoto’s naar New York kijkt, dan zie je mooi een schaakbordpatroon. Wanneer het objectvlak en het beeldvlak niet parallel zijn, dan zijn sommige evenwijdige lijnen dit niet op de foto. Als men een foto maakt van een wolkenkrabber door onderaan het gebouw naar boven te fotograferen, dan zijn de – in werkelijkheid – evenwijdige lijnen op de foto snijdende lijnen. Hierdoor kan het bij de wolkenkrabber lijken alsof deze achterover valt. Het shift-effect is een verplaatsing van de lens parallel met het beeldvlak. Hierdoor kan men de positie van het te fotograferen gebouw aanpassen zonder met de camera te moeten bewegen. De lens van de camera wordt letterlijk verschoven, zoals te zien op onderstaande foto. Om het miniatuureffect te verkrijgen wordt meestal enkel met tilt gewerkt, en haast nooit met shift. Toch spreekt men van het “Tilt-Shift”-effect.

Figuur 13: Foto van een wolkenkrabber

17

Figuur 12: Camera met shift-lens


1.4 Optische toestellen 1.4.1 Leerplandoelstellingen 

(27) De werking van de ooglens uitleggen bij het accomoderen en aangeven hoe bolle lenzen gebruikt worden bij bepaalde oogcorrecties.

(28) Beschrijven op welke wijze beeldvorming plaatsvindt met een optisch toestel zoals: loep, dia- en overheadprojector, fototoestel, ...

(29) De leerlingen kunnen wetenschappelijke principes in technische realisaties herkennen.

1.4.2 De werking van een filmprojector 1 Spoelen De spoelen dienen om de filmrollen op te bevestigen, zodat ze geleverd kunnen worden aan de filmprojector. Er is een ontzettend grote hoeveelheid film nodig voor een voorstelling. De meeste films worden opgenomen op 35 mm-film. Wanneer men deze film gebruikt krijgt men 16 frames op een lengte van 30,5 cm. Filmprojectors tonen doorgaans 24 frames per seconde, waarvoor er 45,7 cm filmrol nodig is. Om één minuut film te tonen spreken we reeds van 0,46 Figuur 14: Filmspoel

meter. Een film van twee uur gebruikt 3,43 kilometer film!

Omdat er zoveel film nodig is splitst men een film op in 5 of 6 filmrollen. Het is de rol van de projectionist om ervoor te zorgen dat deze filmrollen naadloos in mekaar overgaan. In de jaren ’60 gebeurde dit aan de hand van twee filmprojectors die telkens na mekaar afspeelden. Op de projector die niet speelde moest de projectionist dan de volgende filmrol monteren. Eind jaren ’60 kwam er een systeem op de markt waarbij men verscheidene spoelen boven mekaar kon plaatsen. Door het uiteinde van de ene filmrol telkens vast te plakken aan het begin van de volgende filmrol kon de film in één stuk afgespeeld worden. Dit had tot gevolg dat één projectionist makkelijk verschillende films tegelijk draaiende kon houden, waardoor bioscopen meerdere zalen konden openen. Momenteel wordt er haast geen gebruik meer gemaakt van spoelen in de grote bioscoopcomplexen. Films worden op speciale harde schijven opgeslagen die via kabels verbonden worden aan de projector. Dit heeft een veel beter beeld en een zwaar verminderde werklast voor de projectionist als gevolg. 18


2 Bewegend beeld Aan de zijkant van de filmrol zijn vierkante gaten gemaakt, deze passen over de tanden van een tandwiel. Dit tandwiel wordt aangedreven door een elektrische motor tegen een vaste snelheid. Om bewegend beeld te krijgen is het belangrijk dat de film beeld per beeld voortbeweegd en telkens een fractie van een seconde blijft stilstaan bij één beeld. Bij de meeste films gebruikt men 24 beelden (“frames”) per minuut. Op het uiteinde van de projector bevindt zich een schroef – vergelijkbaar met wat men ziet bij een vliegtuig. Deze schroef dient ervoor om op bepaalde momenten licht door te laten en op andere momenten het licht tegen te houden. Deze schroef wordt synchroon gezet met de film en laat bijgevolg 24 keer per minuut licht door. Dit doet men om telkens het juiste beeld te laten zien en niet de overgang van beeld tot beeld. Anders zou men een heel troebel beeld krijgen. 3 Projectorlamp Om de film te projectoren heeft men een speciale lichtbron nodig, men gebruikt hiervoor meestal Xenon-lampen. Xenon is een gas dat, wanneer het een grote dichtheid heeft, elektriciteit kan geleiden waardoor het een heel

sterke

lichtbron

wordt.

Zo’n

lamp

heeft

ook

een

grote

levensverwachting, tot 6000 uur – dat zijn 250 dagen. De Xenon-lamp bevindt zich in een parabolische spiegel, die ervoor zorgt dat alle licht richting de filmrol gaat. Via een ingewikkeld lenzensysteem wordt de lichtbundel geoptimaliseerd. Doordat de lichtbundel zo sterk geconcentreerd is, kan het een voorwerp zeer warm maken, daarom is het van groot belang dat de filmrol nooit tot stilstand komt, anders gaat deze onmiddelijk smelten. 4 Automatisering Aan de zijkant van de filmrol bevestigt de projectionist soms cue tape. Dit is een soort plakband die aan de buitenkant de

Figuur

15:

Xenon-

projectorlamp

elektriciteit geleidt. Men kan deze bevestigen op een gekozen tijdstip op de filmrol. Dit stukje cue tape rolt dan tussen twee elektrische contacten door, waardoor er even een gesloten kring ontstaat. Dit kan verschillende dingen automatiseren, zodat het leven van de projectionist wat makkelijker wordt. Zo gebruikt men dit onder andere om de lichten te dimmen of te doven.

19

Figuur 16: Cue tape


2

Fenomenologische

benadering

van

het

deeltjesmodel 2.1 Leerplandoelstellingen 

(38) De grootteorde van fysische grootheden aangeven.

(39) Uit de deelbaarheid en oplosbaarheid afleiden dat de stof is opgebouwd uit uiterst kleine deeltjes.

(40) Uit de samendrukbaarheid afleiden dat er ruimte is tussen de deeltjes.

(41) Het begrip diffusie omschrijven en de invloed van de temperatuur op de diffusiesnelheid toelichten.

(42) Uit het verschil in deelbaarheid tussen stoffen afleiden dat er krachten werkzaam zijn tussen deeltjes.

(43) De begrippen cohesiekracht en adhesiekracht omschrijven.

(44) Verschillen in aggregatietoestanden verklaren met de verschillen in cohesiekrachten tussen de deeltjes.

(45) Met behulp van de verschijnselen poreusheid, ondoordringbaarheid, vervormbaarheid het ruimtelijke aspect van de materie toelichten.

(46) De leerlingen kunnen structuren met een visueel model voorstellen.

(47) De leerlingen kunnen twee- en driedimensionale voorstellingen van structuren interpreteren.

2.2 Cohesie en adhesie: Terminator 2 en Heroes In de film “Terminator 2: Judgment Day” 16 wordt het hoofdpersonage John Connor achterna gezeten door een robot uit de toekomst die kan transformeren. Wanneer je deze nogal ongeloofwaardige verhaallijn even buiten beschouwing laat, dan kan je toch wel een opmerkelijke vorm van cohesie waarnemen in de special effects, waarvoor deze film een Academy Award in ontvangst mocht nemen.

Figuur 17: Scène uit Terminator 2

De vijand, de transformerende robot, bestaat uit een soort vloeibaar metaal dat elke vorm kan aannemen. In de film wordt het metaal een “mimetic polyalloy” genoemd, iets wat in werkelijkheid niet bestaat. Wanneer hij transformeert verandert hij eerst naar een plasje metaal dat lijkt op kwik. Het valt op dat het hoopje moleculen zware cohesiekrachten op mekaar moet uitvoeren, want het blijft een mooie compacte bubbel.

20


De TV-serie “Heroes” 17 handelt over een groep mensen met speciale krachten. Een personage uit het derde seizoen – Tracy Strauss18 – heeft als speciale gave de kracht om dingen te doen bevriezen, wat haar de bijnaam “ijskoningin” oplevert. Hierbovenop kan ze ook nog eens veranderen in een plasje water om zich zo te verplaatsen. Wanneer dit gebeurt gebruikt men eenzelfde soort animatie voor het plasje water als in de Terminator-situatie. Nu is het echter zo dat wanneer water over straat naar een afvoer loopt druppels achtergelaten worden vanwege adhesie. Er zijn krachten die werken tussen de molecule van het beton en het water, die voor een spoor zorgen. Dit is niet het geval in de Heroes-animatie, wat een grove fout tegen de fysica is.

21


3 Krachten 3.1 Leerplandoelstellingen 

(53) Rechtevenredige verbanden herkennen vanuit grafieken en het functievoorschrift aangeven.

(54) Een kracht als oorzaak van vervorming herkennen.

(55) Het belang van het vectorieel karakter van een kracht toelichten.

(56) De zwaartekracht op een massa beschrijven en de zwaarteveldsterkte formuleren.

(57) Een kracht als oorzaak van vervorming in een concrete situatie herkennen.

(58) De krachtconstante van een elastisch systeem experimenteel bepalen.

(59) De vervorming van een volkomen elastisch systeem uitdrukken in termen van de uitgeoefende kracht, dit verband grafisch voorstellen en met een voorbeeld illustreren.

(60) De wet van Archimedes voor een voorwerp ondergedompeld in een vloeistof of gas omschrijven.

(61) Krachten volgens dezelfde richting en werklijn samenstellen.

(62) Zinken, zweven en stijgen van een voorwerp ondergedompeld in een vloeistof of in een gas verklaren en met voorbeelden illustreren.

(63) (U) Het bepalen van de massadichtheid van een stof met behulp van de wet van Archimedes beschrijven.

3.2 De wet van Archimedes: Titanic Het legendarische verhaal van het zinkende schip Titanic werd

in

1997

meesterlijk

verfilmd

19

door

James

Cameron. Eén van de meest opmerkelijke dialogen komt reeds in het begin van de film voor. Mr. Andrews, ontwerper van de Titanic komt binnen met een hoop ontwerptekeningen. Hij ontvouwt ze met grote haast op de tafel. De anderen in de ruimte zijn kapitein Smith en Mr. Ismay, een bestuurslid van de rederij

Figuur 18: Titanic

White Star Lines. 

Kapitein Smith: “Hoe zit het met de pompen?”

Mr. Andrews: “Wat ik vanaf nu ook doe, de Titanic gaat ten onder.”

Mr. Ismay: “Maar dit schip mag niet zinken!”

Mr. Andrews: “M’n beste, ze is gemaakt van ijzer. Ik verzeker u dat ze zeker kan zinken en dat ze dat ook zal doen! Het is een wiskundige zekerheid.”

22


Achter deze dialoog gaat het principe schuil waarom de Titanic in de eerste plaats kon blijven drijven, maar ook waarom ze ten onder ging nadat ze een ijsberg raakte. Het verhaal van de Titanic is een ideaal aangrijpingspunt om het principe van Archimedes uit te leggen. Een lichaam dat volledig of gedeeltelijk in een vloeistof gedompeld is ondervindt een opwaartse kracht die gelijk is aan het gewicht van de verplaatste vloeistof. De scheepsromp is dat deel van het schip dat zich onder water bevindt. De romp bestaande uit ijzer, maar vooral uit lucht - duwt een hoeveelheid water weg waardoor het schip een opwaartse kracht ondergaat en kan blijven drijven. De romp van de Titanic werd ontworpen om 66 000 ton water te verplaatsen, wat zorgt voor een archimedeskracht van – afgerond - 647 000 N. Het totale gewicht van het schip was 451 000 newton. Dit betekent dat het schip een netto opwaartse kracht van 196 000 N onderging, een soort van “reserve” waardoor het deel dat zichtbaar boven water bleef. Dit betekent daarentegen ook dat als zij deze 196 000 N extra opwaartse kracht zou kwijtgeraken, de zwaartekracht groter zou worden dan de opwaartse kracht, waardoor ze zou zinken.

Figuur 19: Schets compartimenten

Vanuit de film (en de overgebleven ontwerptekeningen) weten we dat de scheepsromp verdeeld was in 16 compartimenten. Om de feiten eenvoudig te houden gaan we ervan uit dat alle compartimenten even groot zijn. Gezien de volledige scheepsromp voor een archimedeskracht van 647 000 N zorgt, zal elk compartiment 647 000 N / 16 = 40 438 N opwaartse kracht leveren. Daarnaast weten we dat de Titanic gezonken is doordat een ijsberg in de wand van de scheepsromp een gat geslagen had waardoor enkele compartimenten gevuld werden met water. Hoeveel compartimenten kunnen we verliezen zonder te zinken?

23


1 compartiment loop vol: Netto opwaartse kracht: 196 000 – 40 438 = 155 562 N 2 compartimenten: Netto opwaartse kracht: 155 562 – 40 438 = 115 124 N 3 compartimenten: Netto opwaartse kracht: 115 125 – 40 438 = 74 686 N 4 compartimenten: Netto opwaartse kracht: 74 686 – 40 438 = 34 248 N 5 compartimenten: Netto opwaartse kracht: 34 248 – 40 438 = - 6 190 N We kunnen 4 compartimenten verliezen, maar wanneer ook een vijfde compartiment onder water loopt zal het schip onvermijdelijk zinken, gezien het schip dan een groter gewicht heeft dan het verplaatste volume water. Hierbij is het heel belangrijk om de bedenking te maken dat wanneer één of meerdere compartimenten vol water lopen, het schip lager in het water gaat liggen, dus dat er minder zichtbaar is van het schip. Nadat een leerkracht deze uitleg gegeven heeft kunnen leerlingen zélf een schip bouwen en nagaan wanneer het zal zinken. Concrete invulling van dit practicum vindt u achteraan.

3.3 Elastisch systeem: De veer: MacGyver MacGyver20 is steeds een goede bron van inspiratie voor lessen waarin iets heel tastbaar gebruikt moet worden. Hij is een man die steeds uit penibele situaties kan ontsnappen door een aantal dagdagelijkse gebruiksvoorwerpen samen te nemen en hiermee op een creatieve manier iets te knutselen. In

de

elfde

aflevering

van

het

eerste

seizoen,

getiteld

“Nightmare”, komt MacGyver terug van een tiendaagse missie op zee. Wanneer hij in de haven aanmeert wordt hij vergiftigd door

Figuur 20: DVDbox MacGyver

Oost-Duitse agenten en opgesloten. Het gif treedt pas na zes uur in werking, waarna hij onvermijdelijk zal sterven, tenzij hij hen belangrijke informatie geeft, dan kan hij het tegengif krijgen. Om uit zijn cel te ontsnappen maakt hij gebruik van zijn bed, waar veren inzitten. Hij rukt de veren uit het bed, bevestigt ze aan metalen staven langs de deurlijst, de andere kant maakt hij vast aan het bed dat nu rechtop staat. MacGyver gebruikt de elastische kracht van de veren door het bed vast te nemen en achteruit te wandelen. Wanneer hij het bed loslaat vliegt dit door de deur en slaagt het bed erin de twee bewakers die voor de deur geposteerd stonden knock-out te slaan. De kracht die door deze veren opgewekt wordt, wordt gegeven door de wet van Hooke. De kracht is gelijk aan het product van de veerconstante en de uitrekking van de veer. . Een aannemelijke veerconstante voor de veren van een bed is 2,5 N/cm. 24


MacGyver trekt het bed ongeveer 100 cm van de deur. De opgewekte kracht is dan 250 N.

3.4 Zinken, zweven, drijven: Up In de animatiefilm “Up”21 verzeilen oude man Carl en padvinder Russell op een wilde reis. Carl droomde van kindsbeen af om een wereldreis te maken door balonnen aan zijn huis te bevestigen. Wanneer zijn huis dreigt afgebroken te worden om plaats te maken voor een bouwproject maakt hij het huis los en begint de ongelooflijke reis. De balonnen die hij over de jaren heeft opgespaard en gevuld heeft met helium komen uit het dak en het huis begint op te stijgen. Het huis kan stijgen, want de relatieve massadichtheid van het systeem “huis met ballonnen” is lager dan de massadichtheid van de lucht.

Figuur 21: Scène uit Up

Op een bepaalde hoogte stopt het huis met stijgen. Dit is de hoogte waar de archimedeskracht gelijk is aan de zwaartekracht en het huis met de ballonnen zweeft. De archimedeskracht wordt gegeven door

, de zwaartekracht door

. Daar deze gelijk zijn moet dus de massadichtheid van de lucht gelijk zijn aan de massadichtheid van het voorwerp (het huis met de ballonnen). Wanneer op een bepaald ogenblik een deel van de balonnen losgemaakt worden, dan wordt de massadichtheid van het voorwerp groter en wordt de zwaartekracht groter dan de archimedeskracht. Hierdoor ondervindt het huis een netto neerwaartse kracht die zorgt voor een neerwaartse versnelling. Het huis begint bijgevolg te zinken en zal pas op de begane grond tot stilstand komen.

25


4 Kracht en beweging 4.1 Leerplandoelstellingen 

(69) Voorbeelden van verschillende soorten krachten en uitwerkingen ervan noemen.

(70) Het onderscheid aangeven tussen de begrippen “grootheid” en “eenheid”. De SI-eenheden samen met de meest gebruikte veelvouden en delen van de aangebrachte grootheden aangeven, omzetten en gebruiken en de meetapparatuur gebruiken om lengte en massa te meten.

(71) Een kracht als oorzaak van een verandering van de bewegingstoestand van een voorwerp herkennen.

(72) Krachten volgens dezelfde richting en werklijn samenstellen.

(73) Meetresultaten grafisch voorstellen en ondanks meetfouten het verloop van de grafiek inschatten. Het functievoorschrift aangeven.

(74) Bij een eenparige rechtlijnige beweging het verband tussen de verplaatsing en het tijdsinterval experimenteel bepalen.

(75) Voor een rechtlijnige beweging de verandering van snelheid omschrijven.

(76) Voor een eenparige rechtlijnige beweging de snelheid berekenen en deze beweging grafisch voorstellen.

4.2 Actie en reactie: kogel Wanneer in een actiefilm iemand een wapen afvuurt en de kogel het slachtoffer raakt, dan vliegt deze onmiddelijk én met grote kracht achteruit. Als grote reden hiervoor wordt vaak actie-reactie aangehaald. Het lijkt als kijker zeer aannemelijk, aangezien de kogel met zeer grote kracht door het wapen afgevuurd wordt en deze kracht vervolgens “doorgeeft” aan het slachtoffer. Met actie-reactie wordt de derde wet van Newton bedoeld: “Als een voorwerp A een kracht op een voorwerp B uitoefent, gaat deze kracht gepaard met een even grote, maar tegengestelde kracht van B op A.” 22 Een goede manier om actie-reactie te tonen is door de opstelling met de vrij bewegende metalen balletjes – ook wel “de wieg van Newton” genoemd - iets wat men vaak ziet op TV, dus wat de leerlingen wel al ooit gezien hebben.

26


Figuur 22: Wieg van Newton

Eén van de allerbelangrijkste dingen waar men op moet letten wanneer men het over actie-reactie heeft, is dat beide krachten tegelijkertijd plaatsvinden. Bij het afvuren en opvangen van een kogel lijkt dit, door de hoge snelheid van de kogel, simultaan plaats te vinden. Er is echter enige tijd nodig voor de kogel om de afstand wapen-slachtoffer af te leggen. Wanneer we het afvuren van de kogel door het wapen als actiekracht bekijken, dan is de bijbehorende reactiekracht de weerslag – in het Engels: recoil - die de schutter voelt. Veel politieseries en actiefilms laten niet duidelijk zien dat een pistool een grote weerslag geeft, omdat er met losse flodders geschoten wordt zou de acteur zélf de weerslag moeten nadoen, wat niet makkelijk is. In veel politieseries is er echter wel een scène te vinden op een oefenbaan, alwaar men op papieren doelwitten schiet. In deze scènes wordt vaak gebruik gemaakt van échte kogels, waardoor de weerslagkracht heel prominent in beeld komt. Je kan dit o.a. zien doordat de schutter het wapen omhoog beweegt vlak na het overhalen van de trekker. Waarom schiet het slachtoffer in de film dan zo ver achteruit? Dat is puur voor het filmeffect. De kogel oefent inderdaad een grote kracht uit op het slachtoffer, maar de kogel is ontworpen met een spitse punt om een zo groot mogelijke druk op één punt uit te oefenen, opdat de kogel in het lichaam van het slachtoffer schade zou aanrichten. Een persoon Figuur 23:

zal dus nooit achteruit “geschoten” worden.

Kogels

Als reactiekracht op de kogel die het slachtoffer raakt, oefent het slachtoffer zelf een reactiekracht uit op de kogel. Deze reactiekracht is even groot als de kracht die de kogel op het slachtoffer uitvoert, maar gezien de massa van de persoon véél groter is dan die van de kogel is de resulterende versnelling bij de kogel véél groter.

27


4.3 Wrijving: motoren van een ruimteschip Wanneer je met een auto wil rijden met een constante snelheid, dan moet de motor voortdurent een kracht leveren. Dit komt doordat de rijbaan en de lucht voor wrijving zorgen die overwonnen moet worden. Zodra de bestuurder het gaspedaal lost levert de motor geen kracht meer en komt de auto geleidelijk tot stilstand door de wrijving. In de ruimte is er geen sprake van wrijving, wanneer men een gegeven voorwerp met een bepaalde snelheid in beschouwing neemt, dan zal deze met dezelfde snelheid blijven voortbewegen. We spreken van een éénparige rechtlijnige beweging. Een ruimteschip dat de motoren start om een bepaalde snelheid te behalen kan bijgevolg op eender welk moment de motoren uitschakelen en tegen die snelheid blijven voortbewegen. Er zijn slechts twee redenen waarom de motoren in werking zouden zijn. De eerste reden is om een versnelling te veroorzaken, om een hogere snelheid te bekomen. De tweede reden is dat er op een ruimteschip veel energie verbruikt wordt voor computers, licht,

luchttoevoer,

energieverbruik

artificiële

moet

zwaartekracht,

uiteraard

...

Dit

gecompenseerd

worden, de benodigde energie moet op één of andere manier voorhanden zijn.

Figuur 24: Ruimteschip

Wanneer een ruimteschip met een zeer grote snelheid – die de lichtsnelheid benadert – zou bewegen, dan is er weldegelijk sprake van een soort wrijving. Men spreekt dan van het Fulling-Davies-Unruh-effect 23 , dat eerst door Steven Fulling werd beschreven in 1973, daarna door Paul Davies in 1975 en Bill Unruh in 1976. Meestal wordt het het Unruh-effect genoemd. Men is er ook niet zeker van of dit effect weldegelijk bestaat, het is een grondig onderbouwde theoretische voorspelling. Het Unruh-effect 24 voorspelt dat een waarnemer die een versnelling ondergaat een warmtestraling zal waarnemen. Een warmtestaling die een waarnemer in stilstand niet ziet. Met andere woorden zal de waarnemer die een versnelling ondergaat een “warme achtergrond” zien. Om het heel eenvoudig en concreet voor te stellen: wanneer je in de lege ruimte – waar de temperatuur 0 K zou bedragen – met een thermometer zou rondzwaaien, dan zou deze een temperatuur aangeven die niet nul is. Warmtestraling kan je voorstellen wanneer een hoefsmit ijzer smeet, dan geeft het ijzer – een donker lichaam – ook straling. Uit het Unruh-effect haalt men de Unruh-straling, de warmtestraling waar sprake van zou zijn. Door het bestaan van deze Unruh-straling zou het bestaan van een vacuüm ruimte afhankelijk zijn van het referentiekader – de tijdruimte – van de waarnemer. Hierdoor 28


zou een, voor ons, lege ruimte voor een snel voortbewegend ruimteschip toch niet-leeg kunnen zijn, waardoor deze wrijving zou kunnen ondervinden.

4.4 Traagheid: Grote ruimteschepen vs. kleine ruimteschepen Wanneer je in een haven naar de voorbijvarende schepen gaat kijken, dan merk je een grote verscheidenheid aan snelheden op. De grote vracht- en cruiseschepen bewegen sloom en langzaam, terwijl de kleinere vissers- en plezierboten zich met grote vaart voortbewegen. De reden hiervoor is te vinden bij het grotere raakoppervlak van de grote schepen. Ze ondervinden veel meer wrijving met het water dan de kleine schepen, waardoor een groot deel van hun versnelling tegengewerkt wordt. Een groot schip verbruikt veel meer energie om een bepaalde snelheid te halen dan een klein schip. Hierbij moet echter wel de bemerking gemaakt worden dat grotere schepen ook veel krachtigere motoren hebben, waardoor ze vaak aan dezelfde snelheid als hun kleine broertjes kunnen voortbewegen. Eén voordeel hebben de vrachtmastodonten wél ten opzichte van de vissersboten, ze wegen veel meer, waardoor ze een grotere traagheid hebben. De wil om de beweging verder te zetten is bij deze reuzeschippen ontzettend groot. Maar dit compenseert helaas niet voor de verhoogde wrijving waarmee zij in aanraking komen.

Figuur 25: Openingsscène Star Wars

Bij het maken van sciencefictionfilms en –series, zoals Star Wars25, Battlestar Galactica26 en de Stargate-reeksen27 heeft men altijd de vergelijking getrokken met de scheepvaart voor het modelleren van de bewegingen van een ruimteschip. Grote ruimteschepen – zoals in de imposante openingsscène van de allereerste Star Wars 28 – bewegen traag en lomp, de kleinere vechttoestellen halen een grote snelheid en komen vinnig uit de hoek.

29


Er is echter geen enkele reden waarom grote schepen niet dezelfde snelheid zouden kunnen halen als kleinere schepen, er moet namelijk geen wrijving overwonnen worden. Om eenzelfde versnelling te bekomen heeft een groter schip echter wel een grotere kracht nodig, die door diens motoren geleverd dient te worden. Ook in de ruimte geldt de eenvoudige wet: F = m . a, of in functie van de versnelling: a = F / m. Hieruit komt dat voor eenzelfde versnelling de kracht en de massa evenredig moeten vergroten. Een punt dat bij ruimteschepen evenzeer geldt als bij de scheepvaart is inertie. Een voorwerp met een grote massa – in dit geval de grote moederschepen – zal minder makkelijk van toestand (bewegend, stilstaand) veranderen. Dit betekent dat men, om een ruimteschip van stilstand te doen vertrekken, voor het grote ruimteschip veel meer kracht nodig heeft dan voor de kleinere gevechtstoestellen. Het zal ook moeilijker zijn om het grote ruimteschip terug af te remmen.

4.5 Vrij bewegen in de ruimte In de ruimte kan men vrij bewegen in alle richtingen, in de drie dimensies. Het is bijgevolg onlogisch dat alle ruimteschepen in éénzelfde vlak zouden bewegen. Dat voor elk ruimteschip “boven” en “onder” op dezelfde wijze zou gedefinieerd zijn. In zowat elke sciencefictionfilm en –serie gaat men hier echter wel van uit. Zelfs in de oudste sciencefictionreeksen, zoals Star Trek

29

uit de jaren ’60, ontmoeten twee

ruimteschepen zich altijd in één en hetzelfde vlak, net zoals twee auto’s of boten. Pas in de recente reeks Battlestar Galactica werd dit natuurgetrouw weergegeven. De verschillende schepen in de vloot overlevende mensen bewogen niet allemaal in éénzelfde vlak, maar maakten bijna allemaal een hoek met mekaar. Tijdens de gevechtsscènes werd er in elke richting geschoten. Het gevolg hiervan is dat veel kijkers misselijk en gedesoriënteerd raakten van deze scènes, omdat men geen houvast of referentiekader kon terugvinden. Ruimteschepen hebben op het grote scherm ook steeds de neiging om zich voort te bewegen zoals echte schepen wanneer het gaat over het nemen van een bocht. Wanneer de kapitein van een ruimteschip een koerswijziging doorvoert, dan buigt het schip langzaam en redelijk sloom af. Op het water heeft dit als nut dat men niet kapseist, maar in de ruimte kan een schip niet kapseizen. Doordat het ruimteschip ook geen wrijving met het water ondervindt kan het schip ook makkelijker van richting veranderen, er wordt geen gebruik gemaakt van roeren. In de ruimte kan je op twee manieren van richting veranderen. Eén mogelijkheid is om kleine raketten aan de zijkant van het ruimteschip te bevestigen en deze te ontsteken 30


om van richting te veranderen. Deze methode wordt gebruikt op de Amerikaanse Space Shuttles. Een andere mogelijkheid is om binnenin het ruimteschip vrij bewegende schijven te plaatsen. Wanneer deze schijven met de klok mee bewegen, dan zal het ruimteschip zich als gevolg tegen de klok in draaien. Deze methode wordt gebruikt in het International Space Station.

Figuur 26: Vrij bewegen in de ruimte

31


5 Arbeid, energie, vermogen 5.1 Leerplandoelstellingen 

(77) Het onderscheid aangeven tussen de begrippen “grootheid” en “eenheid”. De SI-eenheden samen met de meest gebruikte veelvouden en delen van de aangebrachte grootheden aangeven, omzetten en gebruiken en de meetapparatuur gebruiken om lengte, massa en tijd te meten.

(78) De begrippen arbeid, energie en vermogen omschrijven, hun onderlinge relatie aangeven en in concrete situaties correct gebruiken.

(79) Mechanische energie en andere energievormen herkennen en aangeven in concrete situaties.

(80) De leerlingen kunnen illustreren hoe toepassingen van wetenschappelijke kennis leiden tot veranderingen in de samenleving.

(81) Ethische en milieuaspecten die bij bepaalde energievormen optreden, aangeven.

(82) De gravitatiepotentiële energie bij het aardoppervlak, elastische potentiële energie en de kinetische energie van een voorwerp berekenen.

(83) Behoud van mechanische energie in het zwaarteveld experimenteel aantonen.

(84) In concrete gevallen omzettingen van energie beschrijven en het rendement berekenen.

(85) Het beginsel van behoud van energie algemeen formuleren en illustreren met concrete voorbeelden.

5.2 Tarzan: Mechanische energie Tarzan werd bedacht door de Amerikaanse schrijver Edgar Rice Burroughs. Tarzan maakte zijn debuut in het boek “Tarzan and the Apes”30 in 191431 en verscheen daarna in 23 andere avonturen door Edgar Rice Burroughs en in talloze films, animatiefilm en tvseries. Het boek vertelt het verhaal van John Clayton, die geboren wordt aan de westkust van Afrika. Zijn ouders, John en Alice, werden op zee overvallen door muiters en zijn gestrand. Na John’s geboorte sterven zijn ouders en de apin Kala vindt hem. Kala en de rest van de apen zorgen voor zijn opvoeding en geven hem de naam Tarzan, wat “witte huid” wil zeggen in hun taal.

32


Figuur 27: Tarzan slingert aan een liaan

Door zijn opvoeding bij de apen en het leven in de jungle heeft Tarzan andere gewoonten om zich voort te bewegen, zo maakt hij vaak gebruik van lianen. Om zich hiermee voort te bewegen heeft hij zijn spierkracht nodig om zich aan de liaan vast te houden, de slingerbeweging wordt veroorzaakt door de zwaartekracht. We kunnen bij Tarzan nagaan wat de mechanische energie is. Wanneer Tarzan bovenaan een rots zou staan met een liaan in zijn handen, net voor hij vertrekt, weten we dat de kinetische energie gelijk aan nul moet zijn. De gravitationele potentiële energie is dan gelijk aan

. Als leerkracht kan men

zelf een context creëren waarin m en h gegeven zijn. Zo kan de rots zich op 60 meter hoogte bevinden en kan Tarzan 75 kilogram wegen. De gravitationele potentiële energie is in dat geval Wanneer Tarzan nu van de rots springt en aan de liaan slingert is er wél sprake van kinetische energie. Welke snelheid behaalt Tarzan op het laagste punt van zijn slingerbeweging, daar waar de hoogte 0 meter is?

33


De kinetische energie in dit punt is de kinetische energie

. Door het behoud van energie weten we dat

is, de massa van Tarzan is nog steeds 75 kilogram. Hieruit

vinden we dat

en dus

.

5.3 Lost: Slinger van Foucault

Figuur 28: Scène uit Lost

In de serie “Lost”32 stranden een hoop reizigers op een eiland na een vliegtuigcrash. Het verhaal dat begint als een avontuur wordt meer en meer sciencefiction naarmate de serie vordert. Zo wordt er tijdens de aflevering “316”33 een grote slinger getoond, die op één of andere manier iets te maken heeft met het eiland. De slinger die men ziet is een zogenaamde slinger van Foucault, genoemd naar Léon Foucault, wiens naam op de Eiffeltoren gegrift staat. Dit is een zeer groot uitgevoerde slinger die wordt gebruikt om de draaiing van de aarde aan te tonen. Het vlak waarom in de slinger beweegt ligt vast in de ruimte, maar de aarde roteert. Hierdoor lijkt het voor een waarnemer op de aarde alsof de slinger steeds van richting verandert. Figuur 29: Léon Foucault

Op veel plaatsen is een slinger van Foucault te bezichtigen. Eén van de bekendste in België is te vinden in Technopolis in Mechelen. Ook tijdens een schoolreis naar Parijs valt 34


de originele – of beter: de tweede - slinger te bezichtigen in het Pantheon. Ook in het Smithsonian Institute in Washington D.C. is eentje te bezoeken.

Figuur 30: Smithsonian, Washington D.C. Figuur 31: Pantheon, Parijs

5.4 Milieuaspecten: The Simpsons Een wederkerend randpersonage in The Simpsons is Blinky, de drie-ogige vis. Hij kwam voor het eerst voor in de aflevering “Two Cars In Every Garage And Thee Eyes On Every Fish”34. De drie-ogige vis is het resultaat van de nucleaire kerncentrale in Springfield, waar hij in het water dat uit de koeltorens komt leeft. Maar kan zo’n vis echt bestaan?

35

En is het daarom een rechtstreeks

gevolg van de kerncentrale?36

Figuur 32: Blinky, de drie-ogige vis

Wetenschappelijk gezien zijn er heel wat verschillende redenen waarom men mutaties terugvindt in de natuur. Elke verschillende reden heeft als achterliggend mechanisme het DNA (deoxyribonucleïnezuur). Elk levend wezen bezit DNA dat een set instructies bevat voor de ontwikkeling van een organisme. Wanneer een nieuw wezen geboren wordt bezit hij een deel van het DNA van elk van z’n ouders. Er kunnen echter fouten optreden bij het vormen van het nieuwe DNA, waardoor natuurlijke mutaties kunnen voorkomen. Veel van deze gemuteerde kleintjes zijn ten dode opgeschreven, maar soms kan een mutatie ervoor zorgen dat een organisme zich beter kan weren tegen vijanden en/of beter voedsel kan vinden, waardoor de mutatie doorgegeven kan worden aan een eigen

35


nageslacht. Zo zijn wij – de hedendaagse mens – ook een gevolg van een hele reeks geslaagde mutaties bij onze voorouders. Maar zijn mutaties het gevolg van de kerncentrale? Bij het uiteenvallen (kernsplijting) of samensmelten (kernfusie) van kernen komt energie vrij onder de vorm van ioniserende (hoog-energetische) straling. Aangezien de frequentie buiten het zichtbaar spectrum valt is deze straling onzichtbaar. In The Simpsons wordt deze straling steevast foutief voorgesteld door een groene staaf. Ioniserende straling heeft de eigenschap om elektronen van atoomkernen weg te slaan. Hierdoor zouden binnen het DNA bepaalde chemische verbindingen verbroken kunnen worden, of zelfs de gehele structuur vernietigd worden. Wanneer een volwassen organisme in aanraking komt met een teveel aan ioniserende straling kan dit kwaadaardige gezwellen ten gevolg hebben. Ons lichaam heeft geen afweersysteem tegen kankercellen, waardoor deze zich makkelijk kunnen verspreiden. Hoewel de ioniserende straling een effect kan hebben op de cellen van een organisme is het onmogelijk dat meerdere cellen tegelijkerteid muteren tot een gezond werkend oog. Blinky de vis zal je dus niet tegenkomen in de buurt van een kerncentrale.

36


6 Druk 6.1 Leerplandoelstellingen 

(86) Het begrip druk afleiden uit kracht en oppervlak en de grootte ervan berekenen.

(87) Het beginsel van Pascal formuleren en praktische toepassingen verklaringen.

(88) Druk in een vloeistof verklaren en de grootte ervan berekenen.

(89) De grootteorde van fysische grootheden aangeven.

(90) Met behulp van het deeltjesmodel de druk van een gas verklaren.

(91) De werking van toestellen om de vloeistofdruk en de druk van een gas te bepalen, beschrijven en verklaren.

6.2 Druk in een vloeistof: duikbootfilms Er bestaan heel wat films over duikboten en hun bemanning. Deze films handelen meestal over oorlogstijden, meer bepaald WOII en de koude oorlog. De bekendste films zijn ongetwijfels Das Boot 37, U-57138 en The Hunt For Red October39. Er zijn er echter nog véél meer.40 Deze films zijn steeds zeer spannend door hun combinatie van de gevaarlijk hoge druk en de claustrofobische omgeving. In heel wat duikbootfilms wordt de spanning ten top gedreven door een gezagsvoerder die zijn bemanning opdraagt om onder de kritieke diepte – in het Engels: “hull crush depth” – te duiken. Het meest bekende – én waargebeurde verhaal – is dat van duikboot U-96 uit de film Das Boot. Deze kritieke diepte is één van de belangrijkste ontwerpparameters voor duikboten. Doordat de druk steeds groter wordt bij het dieper duiken, moet men weten welke kracht de duikboot kan verdragen om zo te weten te komen hoe diep de duikboot mag gaan. De ontwerper weet welke kracht de duikboot in totaal kan verdragen en wat het oppervlak van de duikboot is. Hij kan via de formule

de kritieke druk vinden.

Wanneer hij deze berekent heeft gebruikt hij de formule voor de druk in een vloeistof: om de kritieke diepte te berekenen. De Duitse U-boten uit de Tweede Wereldoorlog hadden een kritieke diepte van 280 meter, moderne Amerikaanse duikboten kunnen maximum 490 meter diep duiken. Een veelgebruikt wapen tegen duikboten is de dieptebom. Dit is een cilindervormige container, bestaande uit een explosief en een ontsteking die ontworpen is om op een bepaalde diepte te ontploffen. Elke dieptebom heeft een specifieke diepte waarop de druk te groot wordt voor de ontsteker en deze tot ontploffing komt. 37


Gezien ze nooit zeker konden zijn op welke diepte een duikboot zich bevond werden verschillende

dieptebommen

met

verschillende

ontstekingsdieptes

boven

mekaar

geplaatst en vervolgens in het water gegooid op de vermoedelijke positie van de duikboot. Hierdoor gebeuren er ontploffingen op verschillende dieptes en verhoogd de kans om de duikboot effectief te raken. Wanneer een dieptebom tot ontploffing komt onstaan er schokgolven onder water. De bedoeling van de bom is om via deze schokgolf een scheur in de omhulling van de duikboot te krijgen. Door de grote druk onder water zou deze scheur steeds groter worden en zou de duikboot in twee breken.

Figuur 33: Dieptebom

38


6.3 Deur openen in een vliegtuig In heel wat actiefilms krijgen we te zien hoe iemand in een vliegtuig de deur opent en in de deuropening gaat staan, dit is in praktijk echter onmogelijk. Een vliegtuig heeft een systeem aan boord om de druk in de passagiersruimtes op de luchtdruk van de begane grond te houden. Dit houdt in dat de druk aan boord groter is dan de druk van de ijle lucht buiten het vliegtuig. Een vliegtuig vliegt doorgaans op 12 kilometer hoogte. We zien dat de druk daar 1/5e is van de luchtdruk op de begane grond.

Figuur 34: p(h)-grafiek

Het oppervlak van een vliegtuigdeur is aan de buitenkant kleiner dan aan de binnenkant, waardoor ze steeds onder een hoek geopend moet worden 41. Om dit te doen moet je de deur eerst naar binnen te kantelen. Gezien de druk binnen vijf maal groter is dan de druk buiten het vliegtuig, zou de persoon die de deur opent een ontzettend grote kracht moeten uitvoeren om de deur te kantelen.42 Het verschil in druk binnen en buiten het vliegtuig

. De kracht die de persoon

zou moeten uitvoeren op een deur met oppervlak 2 m² is dan . 39


Figuur 35: Vliegtuigdeur

Wanneer iemand de deur of een venster opent in de film, dan wordt alles en iedereen naar buiten gezogen. Aangezien de druk binnen groter is dan die buiten, zal er bij het maken van een opening inderdaad een beweging van luchtdeeltjes naar buiten gebeuren. De resulterende kracht kan ervoor zorgen dat enkele loszittende objecten mee naar buiten worden gezogen, maar zal echter nooit groot genoeg zijn om iemand die zich niet rechtstreeks in de opening bevindt mee te zuigen. Wanneer iemand zich rechtstreeks in de opening bevindt zal deze wél meegezogen worden. Wanneer er een opening in een vliegtuig komt, dan hoeft het niet onmiddelijk de dieperik in te storten – zoals Hollywood pleegt te geloven. Een vliegtuig kan op dat moment veilig en zonder veel problemen verder vliegen. Om veiligheidsredenen – want een gat in een vliegtuig is en blijft onaangenaam voor de passagiers – zal het vliegtuig echter wel zo snel mogelijk een noodlanding proberen te maken. Bekijk je de bekende C-130-vliegtuigen waarmee men parachutisten dropt, dan zie je dat deze vliegtuigen perfect kunnen vliegen met hun laadbak open. Ook vrachtvluchten vliegen over grote afstand zonder de laadruimte onder atmosfeerdruk te houden, omdat dit voor de meeste goederen niet nodig is. 40


Figuur 36: C-130

41


7 Warmte en energie 7.1 Leerplandoelstellingen 

(97) De begrippen warmtecapaciteit en specifieke warmtecapaciteit van een systeem gebruiken om bij warmte-uitwisseling de warmtehoeveelheid te berekenen.

(98) Bij mengproeven de uitgewisselde warmtehoeveelheid experimenteel bepalen en hieruit de specifieke warmtecapaciteit van een stof afleiden.

(99) Met het deeltjesmodel van de materie het begrip inwendige energie uitleggen en de gevolgen beschrijven als er warmte-uitwisseling optreedt.

(100) Manieren van warmtetransport zoals geleiding, stroming en straling beschrijven en met concrete voorbeelden illustreren.

(101) (U) De werking van warmte-isolerende voorzieningen verklaren en van elkaar onderscheiden op basis van de soorten warmtetransport.

7.2 Lawrence of Arabia De film “Lawrence of Arabia” 43 handelt over de jonge

Thomas

Edward

Lawrence,

een

Brits

legerofficier in Caïro in 1916, alwaar hij de Arabische opstand tegen de Turken tijdens de Eerste Wereldoorlog moet opvolgen. Lawrence leeft gedurende twee jaar in de woestijn en traint daar een guerilla-leger. Gedurende de hele tijd dat Lawrence zich in Caïro bevindt

draagt

hij

een

lang

gewaad

mét

hoofddoek. Nu zou men zich kunnen afvragen of deze outfit niet te warm is om het in de woestijn uit te houden. De kleur die we waarnemen wanneer we naar een voorwerp kijken is de kleur van de lichtstralen die het voorwerp niet opneemt en bijgevolg reflecteert. Figuur 37: Poster Lawrence of Arabia Zo absorbeert een blauwe stoel alle lichtstralen, behalve de blauwe. De kleur wit is de samenstelling van alle kleuren van het spectrum. Dit betekent dus dat Lawrence’ kleed alle lichtstralen reflecteert en er geen opneemt, waardoor hij het minder warm zal hebben. Zwarte kleren absorberen daarentegen alle licht, en worden bijgevolg ontzettend warm.

42


8

Gemeenschappelijke

eindtermen

voor

wetenschappen 8.1 Wetenschap en samenleving 

(13) Voorbeelden geven van mijlpalen in de historische en conceptuele ontwikkeling van de natuurwetenschappen en ze in een tijdskader plaatsen.

(14) Met een voorbeeld verduidelijken hoe de genese en de acceptatie van nieuwe begrippen en theorieën verlopen.

(15) De wisselwerking tussen de natuurwetenschappen, de technologische ontwikkeling en de leefomstandigheden van de mens met een voorbeeld illustreren.

(16) Een voorbeeld geven van nadelige (neven)effecten van natuurwetenschappelijke toepassingen.

(17) Met een voorbeeld sociale en ecologische gevolgen van natuurwetenschappelijke toepassingen illustreren.

(18) Met een voorbeeld illustreren dat economische en ecologische belangen de ontwikkeling van de natuurwetenschappen kunnen richten, bevorderen of vertragen.

(19) Met een voorbeeld de wisselwerking tussen natuurwetenschappelijke en filosofische opvattingen over de werkelijkheid illustreren.

(20) Met een voorbeeld verduidelijken dat natuurwetenschappen behoren tot cultuur, nl. verworven opvattingen die door meerdere personen worden gedeeld en die aan anderen overdraagbaar zijn.

(21) Met een voorbeeld de ethische dimensie van natuurwetenschappen illustreren.

43


8.2 Films over bekende fysici 1 Marie en Pierre Curie In de film “Madame Curie”

44

trouwt de jonge Poolse

fysicastudente Marie met doctor Pierre Curie, in wiens lab ze al een tijdje werkte. Op hun huwelijksreis beslissen ze om het fenomeen dat professor Becquerel ontdekte te verklaren. Dit onderzoek zou in haar doctoraatsschrift passen over uranium- en thoriumstenen. Na heel wat experimenten komen ze tot het besluit dat er nog veel meer radioactieve stoffen moeten bestaan buiten uranium en thorium. Ze besluiten om te proberen het radioactieve

element

af

te

zonderen.

Na

jarenlang

onderzoek lukt het hen uit 7 ton rauw materiaal enkele gram radium te krijgen. Even later, op het hoogtepunt van

Figuur

hun succes, sterft Pierre in een verkeersongeluk.

38:

Poster

Madame Curie

2 Galileo Galilei In de film “Galileo”45 wordt het levensverhaal van Galileo Galilei verteld, zoals het werd neergeschreven in een toneelstuk

door

wetenschapper

Bertolt bouwt

Brecht.

één

van

Deze ’s

17 e

werelds

eeuwse eerste

telescopen en ontdekt de manen van Jupiter. Hij was aanhanger van het gedachtegoed van Copernicus waarin de Aarde zich rond de Zon beweegt en kwam hierdoor in aanraking met de Katholieke Kerk. De Kerk bedreigt hem met foltering en moet voor een tribunaal zijn mening aangaande de Aarde en de Zon herzien. Hij krijgt als straf huisarrest opgelegd. Figuur 39: DVD-hoes Galileo

Ook al was zijn werk in die tijd controversieel, het is door hem dat Newton en Kepler later bewijs konden leveren van het heliocentrisch model.

44


8.3 From the Earth to the Moon

Figuur 40: Titelscherm From the Earth to the Moon

From the Earth to the Moon

46

is een twaalfdelige miniserie over de Apollo-missies naar

de maan uit de jaren ’60 en ’70 door de makers van de film Apollo 13 47. De serie is vooral gebaseerd op het boek “A Man on the Moon”

48

en staat gekend om zijn

natuurgetrouwe weergave van het Apollo-verhaal en de realistische special effects. De serie handelt over de verschillende aspecten binnen het Apollo-avontuur, van de ontwerpen tot het landen op de maan, van de astronauten zelf tot de media. Elke aflevering behandelt één specifieke missie binnen het Apollo-programma. Hoogtepunt is de zesde aflevering “Mare Tranquilitatis” waar de eerste maanlanding, door Apollo 11, opnieuw opgevoerd wordt door flashbacks in een interview met de bemanning. Heel vaak ligt de focus op het feit dat de astronauten werden gekozen voor hun fysieke eigenschappen en in veel mindere mate voor hun kennis van de wetenschap. Men schetst dan ook een goed beeld van de Amerikaanse held die zich op korte tijd de fysica, chemie en aardrijkskunde eigen moet maken. Een leuk weetje is dat men de maanscènes realistisch heeft kunnen filmen door grote heliumballonnen aan de rug van de acteurs te bevestigen. Hierdoor werd de grootte van de resulterende netto neerwaartse kracht gelijk aan de zwaartekracht die de acteur zou ondervinden op de maan.

45


9 Populaire fysica op TV De laatste jaren is er een explosie ontstaan van TV-programma’s die wetenschap op een amusante en entertainende manier op TV brengen. Tijdens deze programma’s worden vaak

grote,

spectaculaire

of

gevaarlijke

proeven

uitgevoerd,

vooral

om

het

entertainmentgehalte hoog te houden. Deze TV-programma’s kunnen een waardevolle aanvulling zijn op de klaspraktijk, gezien deze proeven in de meeste scholen onuitvoerbaar zijn. Daarom volgt hieronder een opsomming van enkele tv-programma’s met een korte omschrijving, één of meerdere opmerkelijke en bruikbare proeven die uitgevoerd werden.

9.1 Mythbusters

Figuur 41: Titelscherm Mythbusters

Mythbusters, te bekijken op Discovery Channel, werd eerder in dit eindwerk reeds vermeld met hun pogingen om na te gaan of de “zonnestraal des doods” van Archimedes echt bestaan kan hebben. Het oorspronkelijke doel van het programma is om allerhande mythes en broodjeaapverhalen te bekrachtigen of te ontkrachten. Ze maken hiervoor gebruik van de wetenschappelijk methode of van het OEVUR-model:

46

Oriënteren

Exploreren

Verklaren

Uitdiepen

Reflecteren


Ze nemen grote mythes onder handen en proberen dan op een logische wijze via bovenstaand model tot een bewijs of een tegenstelling te komen. Ze doen dit op een spectaculaire en entertainende manier, opdat het aangename televisie zou zijn. Elke proef die ze uitvoeren duurt ongeveer 20 minuten. Er steken steeds drie proeven in een aflevering van een uur. Dit maakt het geschikt om wat tijd aan te besteden in de klas zelf. Ook om als extra opdracht naar huis toe mee te geven – eventueel via een digitaal leerplatform – is dit geschikt. Van het programma is er ook een prachtige, zeer interactieve app beschikbaar voor de iPhone en iPod Touch. Voor leerlingen die in het bezit zijn van zo’n toestel is het het aanraden méér dan waard. Enkele memorabele proeven die ze hebben uitgevoerd: Aflevering 1: De ijskogel Reeds lang worden complotten gezien in verscheidene moorden. Wanneer er een moord zonder aanwijzingen wordt aangetroffen, dan word al vaak verwezen naar het mogelijk bestaan van een kogel gemaakt uit ijs. De Mythbusters testten dit uit en kwamen tot de conclusie dat het geweer zeer warm werd bij het overhalen van de trekker, waardoor de ijskogel al gesmolten was nog voor hij uit de loop schoot. Aflevering 4: Kookvertraging De mythe zegt dat wanneer je een glas water in de microgolfoven opwarmt en er achteraf in roert, dit kan ontploffen door een effect dat men kookvertraging noemt. De Mythbusters kwamen tot de conclusie dat quasi-zuiver water voorbij de kooktemperatuur kan komen, maar dat onzuiverheden of verstoringen nodig zijn om het vormen van gasbellen te starten. Door het roeren ontstaan trillingen zal het water aan de kook geraken. Dit heeft echter een kettingreactie tot gevolg, want moleculen die langs mekaar liggen brengen mekaar aan het trillen. Hierdoor kan een glas water zeer snel beginnen koken, waardoor er een hete waterdamp uit het glas ontsnapt en iemand zwaar kan verbranden, meestal in het gezicht. Dit kan voorkomen worden door onzuiverheden in het glas te leggen nog voor je het in de microgolfoven zet. Zo bestaan er kooksteentje. Een lepel werkt ook.

47


9.2 Brainiac: Science Abuse

Figuur 42: Titelscherm Brainiac: Science Abuse

“Brainiac: Science Abuse” – of afgekort: Brainiac – is een Brits semi-wetenschappelijk programma dat reeds 6 seizoenen lang te zien is op het internationale Discovery Channel en op het Vlaamse JIM. De eerste vier seizoenen werden gepresenteerd door Richard Hammond, bekend van Top Gear en kinderprogramma’s. Het vijfde en zesde seizoen werden gepresenteerd door Vic Reeves. Het programma staat vooral bekend om zijn onwetenschappelijke benaderingen van beweringen. De essentie bestaat uit het opblazen van grote voorwerpen en het uitvoeren van gekke stunts. De makers doen zich ook niet voor als exact-wetenschappelijk, zo begon ooit een aflevering met de zin: “This is Brainiac. The science show that rings the doorbell of science and then runs away.” Tijdens de uitzendingen zijn er enkele wederkerende rubrieken zoals de filosofische vraag aan Jon Tickle (voorbeeld: Kun je onder water huilen?), de magnetron waar men een voorwerp instopt dat uiteindelijk begint te branden en Dr. Bunhead’s wetenschap, waar een als dokter verkleed personage op café simpele proefjes als goocheltruc uitvoert. 48


Het programma is een ideale aanrader voor de Jackass-generatie die slechts lauw geïnteresseerd zijn in wetenschap.

9.3 Richard Hammond’s Engineering Connection

Figuur 43: Richard Hammond

Richard Hammond heeft nog een tweede wetenschappelijk programma, namelijk “Engineering Connection”. Het is een documentairereeks van National Geographic Channel met – totnogtoe – twee seizoenen en in totaal tien afleveringen. Het wordt ook uitgezonden op BBC2. De documentaires gaan steeds over één technologische ontwikkeling, zoals de Airbus A380 of het Sydney Opera House. Alle aspecten worden bekeken, maar vooral de fysica wordt heel uitvoerig belicht. Vragen als “Hoe kan zo’n megavliegtuig in de lucht blijven?” of “Welk gewicht moeten de steunbalken kunnen dragen?” worden heel uitvoerig en in simpele taal uitgelegd. De afleveringen duren telkens 60 minuten, wat ze net te lang maakt om een lesuur aan te besteden. De opdracht aan de leerlingen geven om het thuis te bekijken zou echter sommigen met een intrinsieke interesse voor ingenieurswetenschappen kunnen bekoren. Ook als leerkracht fysica is dit een must-see, je komt veel te weten over de wereld achter

de

technologische

ontwikkelingen.

Je

krijgt

heel

wat

hedendaagse

achtergrondkennis die je vervolgens kan vertalen naar de klassituatie. Zo kan je een stuk uit de aflevering over de Airbus A380 gebruiken in een les over druk.

49


9.4 Hoe? Zo!

Figuur 44: Titelscherm Hoe? Zo!

“Hoe? Zo!” is een wetenschappelijk programma met Bart Peeters dat op het Vlaamse één werd uitgezonden en momenteel nog steeds wordt uitgezonden in Nederland. In het programma strijden twee beroemde kandidaten tegen mekaar in een wetenschappelijke quiz. Bij elke vraag wordt een proef uitgevoerd om het antwoord te achterhalen. In Vlaanderen vonden deze proeven plaats in Technopolis, in Nederland in het NEMO. De vragen bestreken vele vlakken, maar gingen vooral over fysica, biologie en psychologie. Voor elk van deze disciplines is er een professor aanwezig in de studio. Onder andere bioloog Dirk Draulans is zo’n expert. Van het programma kwam ook een boek met CD-rom uit. Dit boek dient om de quiz thuis zelf na te spelen. Zowel in het boek als op de CD-rom staan meerkeuzevragen over fysica, biologie en psychologie. Op de CD-rom worden de oplossingen ondersteund door videofragmenten en links naar websites, in het boek wordt het schriftelijk voorgesteld.

50


9.5 Into The Universe with Stephen Hawking

Figuur 45: Stephen Hawking

Stephen Hawking – een wetenschappelijk genie - kreeg van Discovery Channel een kans om zijn opvattingen over de toekomst van de wetenschap op film te zetten. Het resultaat is de reeks “Into The Universe”, die bestaat uit drie afleveringen: 1. Aliens 2. Time Travel 3. The Story of Everything Hij legt op een eenvoudige manier uit waarom buitenaardse wezens moeten bestaan, aan welke voorwaarden tijdreizen moet voldoen en vertelt het verhaal van het ontstaan van de Aarde. Elke voorspelling die hij maakt over de toekomst onderbouwt hij met wetenschap die niet altijd even makkelijk is, maar die even later door een simpele metafoor toch begrijpbaar wordt uitgelegd. Deze serie is verplichte kost voor wie zich interesseert in hedendaagse wetenschap en diens toepassingen, vandaag en morgen. Als leerkracht biedt het je een grondige achtergrondkennis, als leerling zal je je verwonderen van de elegantie van het fysische bewijs dat Stephen Hawking steeds levert.

51


10 Werkblad “Titanic” Benodigdheden 

Bak water

Leeg colaflesje van 50 cl dat in twee identieke helften gesneden is.

Gewichtjes, dit kunnen muntjes van 10 cent zijn.

Uitvoering Plaats het lege halve colaflesje op de bak water. 

Wat merk je op? Het flesje blijft drijven.

Hoe komt het dat het flesje blijft drijven? De archimedeskracht is groter dan de zwaartekracht.

Kunnen we te weten komen hoeveel groter de archimedeskracht is dan de zwaartekracht? Om te weten te komen hoeveel groter de archimedeskracht is kunnen we de massa – en het gewicht – van ons colaschip verhogen.

Plaats één muntje van tien cent in het schip. 

Wat merk je op? Het flesje blijft nog steeds drijven maar ligt nu dieper in het water.

We plaatsen nog enkele muntjes van tien cent in het schip. 

Wat merk je op? Het flesje ligt nog dieper in het water en loop bijna vol met water.

Plaats muntjes bij tot het schip effectief onder water begint te lopen. 

Hoeveel groter was de archimedeskracht dan de de zwaartekracht? We weten hoeveel muntjes we hebben moeten bijplaatsen, we weten hoeveel het gewicht (in N!) van deze muntjes is. Dit is het verschil.

52


Figuren en bronnenlijst Figuur 1: http://www.technovelgy.com/ct/Science-Fiction-News.asp?NewsNum=444 Figuur 2: http://bloatedpenguin.mikescottlew.com/tag/independence-day/ Figuur 3: http://home.student.uva.nl/marah.haan/hoofdstuk_2.htm Figuur 4: http://johngushue.typepad.com/blog/2006/09/index.html Figuur 5: http://www.calworkouts.com/lifting/ Figuur 6: http://blog.makezine.com/archive/2008/07/help_mythbusters_recreate.html?CMP=OTC0D6B48984890 Figuur http://en.wikipedia.org/wiki/File:Archimedes_Heat_Ray_conceptual_diagram.svg

7:

Figuur 8: http://www.joystiq.com/tag/Scarface/ Figuur 9: http://www.iop.org/activity/education/Projects/Teaching%20Advanced%20Physics/Vibrat ions%20and%20Waves/Images%20300/img_tb_4450.gif Figuur 10: Foto door Filip Bunkens, http://www.pitslamp.be/ Figuur 11: http://www.laforetvisuals.com/ Figuur 12: http://freshisback.com/2009/03/29/stay-in-job-you-hate/ Figuur 13: http://en.wikipedia.org/wiki/File:New-35mm-left.jpg Figuur 14: Word-Art Figuur 15: http://sunshinehid.com/pro.asp Figuur 16: http://www.cinemapurchasing.com/catalog/index.php?language=de&osCsid=d08b30007 504407b1ea77f09d2219153 Figuur 17: http://filmkijker.wordpress.com/2010/04/09/mijn-imdb-tienen-film-7/ Figuur 18: http://students.umf.maine.edu/~hartwenr/webquest/teacherpage/webquestteacherhome .html Figuur 19: http://www.titanic.com/modules/articles/article.php?id=44 Figuur 20: http://www.joblo.com/dvdclinic/dvd_review.php?id=739 Figuur 21: http://klein-duimpje.blogspot.com/2009_10_01_archive.html Figuur 22: http://www.absolutepromo.com/corporate-gifts.cfm/item/70851 Figuur 23: business/11334.html

http://nett.com.au/technology/security/bullet-proof-your-

Figuur 24: http://www.morecoloringpages.com/spaceship_683.html 53


Figuur 25: Eigen screenshot Figuur 26: http://danieljamescox.blogspot.com/2007/09/retro-space-battle-for-paintermag.html Figuur 27: http://movie88.net/download-tarzan.html Figuur 28: http://www.docarzt.com/lost/lost-easter-eggs/what-was-that-thing-on-lost501-the-lie-easter-eggs/ Figuur 29: http://www.nndb.com/people/606/000086348/ Figuur 30: http://en.wikipedia.org/wiki/Foucault_pendulum Figuur 31: Eigen foto Figuur 32: http://constellationdefiant.wordpress.com/2010/02/ Figuur 33: http://www.ibiblio.org/hyperwar/OnlineLibrary/photos/sh-usn/usnsh-c/sp159k.htm Figuur 34: http://climatechangeskeptic.wordpress.com/2008/07/10/humidity-data/ Figuur 35: http://www.airliners.net/aviation-forums/trip_reports/read.main/129554/ Figuur 36: http://www.flickr.com/photos/thekenzers/21326217/ Figuur 37: http://videodromeradio.wordpress.com/2009/08/ Figuur 38: http://rapidsoft-mega.net/2009/11/15/madame-curie-1943.html Figuur 39: http://scicommarts.wordpress.com/2009/11/28/eppur-si-muove-a-tribute-togalileo/ Figuur 40: 1998.html

http://www.tinydl.com/movies/174450-from-the-earth-to-the-moon-

Figuur 41: scientific-method/

http://teachingphysics.wordpress.com/2008/05/31/mythbusters-the-

Figuur 42: http://jv.gilead.org.il/forum/2007/06/0030.html Figuur 43: http://natgeotv.com.au/programmes/engineering-connections/learn-more Figuur 44: http://natuurwetenschap.web-log.nl/natuurwetenschap/2005/09/hoe_zo.html Figuur 45: http://popebenedictxviblog.blogspot.com/2008_10_01_archive.html

54


1

Laatste aflevering van het vijfde seizoen (21/5/1995) en eerste aflevering van het

zesde seizoen (17/9/1995). 2

“Independence

Day”

(1995)

door

R.

EMMERICH

met

o.a.

Will

Smith.

(http://www.imdb.com/title/tt0116629/) 3

“Sin City” (2005) door Frank Miller en Robert Rodriguez met o.a. Jessica Alba en Alexis

Bledel. (http://www.imdb.com/title/tt0401792/) 4

DARK

HORSE

COMICS,

Miller

Zone,

internet,

mei

2010,

(http://www.darkhorse.com/Zones/Miller) 5

KERR, P., Film Noir Reader: “Out of What Past?”, 1979

6

WALKER, M., The Movie Book of Film Noir, Cameronshire, Dumfriesshire, Schotland,

1992, pp. 8-32 7

DISCOVERY

CHANNEL,

Mythbusters,

internet,

mei

2010,

(http://dsc.discovery.com/tv/mythbusters/) 8

MASSACHUSSETS

INSTITUTE

OF

TECHNOLOGY,

MIT,

internet,

mei

2010,

Edward

Asner.

(http://web.mit.edu/) 9

“Up”

(2009)

door

Pete

Docter

en

Bob

Peterson

met

o.a.

(http://www.imdb.com/title/tt1049413/) 10

“Avatar”

(2009)

door

James

Cameron

met

o.a.

Sam

Worthington.

(http://www.imdb.com/title/tt0499549/) 11

SEAN HOUSE, How 3D TV Technology Works, Ezine Articles, internet, 28 december

2009. (http://ezinearticles.com/?How-3D-TV-Technology-Works&id=3488775) 12

HYUNDAI IT CORP., internet, mei 2010, http://www.hyundaiit.com/

13

SAMSUNG, internet, mei 2010, (http://www.samsung.com/be/)

14

MITSUBISHI ELECTRIC, internet, mei 2010, (http://www.mitsubishi-tv.com/)

15

PHILIPS, internet, mei 2010, (http://www.philips.be/)

16

“Terminator 2: Judgement Day” (1991) door James Cameron met o.a. Arnold

Schwarzenegger. http://www.imdb.com/title/tt0103064/ 17

“Heroes”

(2006)

door

Tim

Kring

met

o.a.

Hayden

Panettiere.

(http://www.imdb.com/title/tt0813715/) 18

Fanpagina over het Heroes-personage Tracy Strauss met meer informatie en een

overzicht

van

de

afleveringen

waarin

ze

verschijnt:

http://nl.heroeswiki.com/Tracy_Strauss 19

“Titanic” (1997) door James Cameron met o.a. Leonardo DiCaprio en Kate Winslet.

http://www.imdb.com/title/tt0120338/ 20

“MacGyver” (1985-1992) door Lee David Zlotoff met o.a. Richard Dean Anderson.

(http://www.imdb.com/title/tt0088559/) 55


21

“Up”

(2009)

door

Pete

Docter

en

Bob

Peterson

met

o.a.

Ed

Asner.

(http://www.imdb.com/title/tt1049413/) 22

NEWTON, SIR ISAAC, Principia, vol I: The motion of bodies. Motte's translation revised

by Cajori, University of California Press, 1962 23

WIKIPEDIA,

Unruh

effect,

internet,

mei

2010,

(http://en.wikipedia.org/wiki/Unruh_effect) 24

AKHMEDOV, EMIL T. en SINGLETON, DOUGLAS, “On the physical meaning of the

Unruh effect”, 19 oktober 2007, http://arxiv.org/abs/0705.2525v3 25

STAR WARS, internet, mei 2010, (http://www.starwars.com/)

26

“Battlestar Galactica” (2004-2009) door Ronald D. Moore met o.a. Edward James

Olmos en James Callis. (http://www.imdb.com/title/tt0407362/) 27

STARGATE, internet, mei 2010, (http://stargate.mgm.com/)

28

“Star Wars” (1977) door George Lucas met o.a. Mark Hamill en Harrison Ford.

(http://www.imdb.com/title/tt0076759/) 29

“Star Trek” (1966-1969) door Gene Roddenberry met o.a. Leonard Nimoy en William

Shatner. (http://www.imdb.com/title/tt0060028/) 30

BURROUGHS, EDGAR RICE, “Tarzan and the Apes”, A. C. McClurg, 1914, 400 p.

31

Gezien het boek reeds 86 jaar oud is, rust er geen auteursrecht meer op. Men kan het

boek gratis downloaden bij Project Gutenberg: http://www.gutenberg.org/etext/78 32

“Lost” (2004-2010) door J.J. Abrams, Jeffrey Lieber en Damon Lindelof met o.a.

Matthew Fox en Jorge Garcia. (http://www.imdb.com/title/tt0411008/) 33

“316”,

seizoen

5, aflevering

6, origineel

uitgezonden

op

18

februari

2009.

(http://www.imdb.com/title/tt1340502/) 34

“The Simpsons”, seizoen 2, aflevering 17, origineel uitgezonden: 1 november 1990

35

KOBILNYK,

ANDREY,

Radiation

and

three-eyed

fish,

internet,

25

juli

2007,

(http://www.firstscience.com/home/perspectives/editorials/radiation-and-three-eyedfish-page-2-1_34174.html) 36

HALPERN PAUL, “What’s Science Ever Done For Us: What the Simpsons Can Teach Us

About Physics, Robots, Life, and the Universe”, Hoboken NJ, Wiley, 2007, 276 p. 37

“Das

Boot”

(1981)

door

Wolfgang

Petersen

met

o.a.

Jürgen

Prochnow.

(http://www.imdb.com/title/tt0082096/) 38

“U-571” (2000) door Jonathan Mostow met o.a. Matthew McConaughey en Bill Paxton.

(http://www.imdb.com/title/tt0141926/) 39

“The Hunt For Red October” (1990) door John McTiernan met o.a. Sean Connery en

Alec Baldwin. (http://www.imdb.com/title/tt0099810/) 40

Een overzicht van alle duikbootfilms ooit: http://www.submarinemovies.com/

56


41

PELHAMDOG, Why airplane doors can‟t be opened mid-flight, internet, 30 januari

2006, (http://everything2.com/title/Why+airplane+doors+can%2527t+be+opened+midflight) 42

WISEGEEK, Can you open an airplane door during flight?, internet, mei 2010,

http://www.wisegeek.com/can-you-open-an-airplane-door-during-flight.htm 43

“Lawrence of Arabia” (1962) door David Lean met o.a. Peter O’Toole en Alec Guinness.

(http://www.imdb.com/title/tt0056172/) 44

“Madame

Curie”

(1943)

door

Mervyn

LeRoy

met

o.a.

Greer

Garson.

(http://www.imdb.com/title/tt0036126/) 45

“Galileo”

(1975)

door

Joseph

Losey,

met

o.a.

Topol.

(http://www.imdb.com/title/tt0073029/) 46

“From the Earth to the Moon” (1998) door Erik Bork en Jonathan Marc Feldman met

o.a. Tom Hanks en Nick Searcy. (http://www.imdb.com/title/tt0120570/) 47

“Apollo 13” (1995) door Ron Howard met o.a. Tom Hanks en Bill Paxton.

(http://www.imdb.com/title/tt0112384/) 48

CHAIKIN, ANDREW, “A Man on the Moon”, Penguin, 1998, 688 p.

57


Fysica in TV-series en films