TECHNIEK
Te land, ter zee en in de lucht
2
Inhoud ISAAC-moment
TECHNIEK
Goed om mee te spelen! ..................................................................................................... 3
Een knikker in beweging 1 De transportmogelijkheden van een knikker ................................... 5 2 Aandrijving en energie .............................................................................................. 7
2.1 Brandstoffen .................................................................................................................... 7 2.2 Energie-omzettingen ................................................................................................ 10 2.3 Elektriciteit .................................................................................................................... 11 3 Overbrengingen ............................................................................................................. 17 3.1 Soorten ............................................................................................................................. 17 3.2 Draairichtingen ........................................................................................................... 19 3.3 Snelheden en krachten ............................................................................................ 20
ISAAC-actie
STUDIEWIJZER
Een knikker in beweging, de praktijk ............................................................ 23 Dansende elektronen ........................................................................................................ 23 Â .................................................................................................................................................................... 24
3
ISAAC-moment
Goed om mee te spelen! Toen je grootouders klein waren, was er nog geen sprake van videospelletjes, smartphones en Netflix. Ze hadden andere manieren om hun vrije tijd in te vullen. Je denkt nu vast aan heel ouderwets speelgoed, maar de meeste van die spelletjes ken je ongetwijfeld! Jouw opa speelde vroeger vast al met Lego en je ouders zÊker met Playmobil. Je oma speelde misschien Cluedo als klein meisje, of Monopoly. Andere uitvindingen zijn helemaal tijdloos. Jij, je ouders, je grootouders, je overgrootouders ‌ iedereen heeft bijvoorbeeld wel al eens met knikkers gespeeld.
4
Kruis het speelgoed aan waarmee jij al hebt gespeeld.
eel spelletjes maken gebruik van ballen. Uit welk materiaal zijn deze ballen gemaakt? V Vul in. knikker
petanquebal
pingpongbal
stuiterbal
5
Een knikker in beweging 1 De transportmogelijkheden van een knikker Stel dat je een knikker wil transporteren van punt A naar punt B, en dit binnen de snelste tijd. Hoe ga je hierbij te werk? ORIËNTATIE
I N P U T IS DE VRAAG NUTTIG?
IS HET EEN OPZOEKVRAAG?
IS HET SLECHTS ÉÉN VRAAG?
IS DE VRAAG DUIDELIJK?
KUN JE HET ONDERZOEKEN?
O U T P U T ONDERZOEKSVRAAG: Formuleer een goede onderzoeksvraag met behulp van het vragenmachientje.
6
Welke mogelijkheden zie jij om een knikker zo snel mogelijk van punt A naar punt B te brengen? Noteer. >
>
>
KNIKKERTRANSPORT
>
>
>
>
>
Noteer je ideeĂŤn in de volgende kolommen. mens (spierkracht)
voorwerp
machine
7
2 Aandrijving en energie Er bestaan heel wat transportmiddelen. We verplaatsen ons over land, op zee, in de lucht, in de ruimte … Maar hoe worden die transportmiddelen aangedreven?
In de Van Dale staan verschillende betekenissen van het werkwoord ‘aandrijven’. Welke betekenis is van toepassing op transport? Markeer. Bij het woord ‘aandrijving’ staat er een opsomming van verschillende samenstellingen met dat woord. In die opsomming kun je ook enkele energiebronnen ontdekken. Markeer de energiebronnen.
2.1 Brandstoffen Je kunt niet zomaar van brandstof wisselen. Elke motor is gemaakt om te werken met één bepaalde brandstof. Dat leidde vroeger wel eens tot problemen. Als je als Vlaamse toerist in Frankrijk bijvoorbeeld niet wist dat ‘diesel’ in het Frans ‘gazole’ wordt genoemd, dan was de kans reëel dat je verkeerd tankte. In Spanje wordt het woord ‘gasolina’ dan nog eens gebruikt om gewone benzine te benoemen. Er was dus regelmatig verwarring, over heel Europa. Heel wat auto’s werden op die manier onbruikbaar. Sinds 2018 hebben we, dankzij de Europese Unie, een duidelijke benaming voor elke soort brandstof. Diesel werd B7, Euro95 werd E10, Euro98 werd E5 …
8
Lees de tekst op de website en vul aan. De codes in de ronde vormen verwijzen naar
.
De codes in de vierkante vormen verwijzen naar
.
De codes in de ruitvormen verwijzen naar
.
Stel, jullie willen met het hele gezin naar de Ardennen. Noteer drie transportmiddelen waarmee jullie daar kunnen geraken. Schrijf die in de linkerkolom en vul de tabel verder aan. transportmiddel
aandrijving
energiebron
reistijd
1 2 3
Stel, jullie willen met het hele gezin naar de Costa del Sol in Spanje. Noteer drie transportmiddelen waarmee jullie daar kunnen geraken. Schrijf die in de linkerkolom en vul de tabel verder aan. transportmiddel
aandrijving
energiebron
reistijd
1 2 3
Markeer in elk van de bovenstaande tabellen het snelste transportmiddel. Welk transportmiddel is het meest duurzaam om naar de Ardennen te gaan? Noteer.
Leg uit.
Welk transportmiddel is het meest duurzaam om naar Spanje te gaan? Noteer.
Leg uit.
9
Je kent zeker een viertal volwassenen die regelmatig hun voertuig moeten tanken of opladen om van A naar B te geraken. Ga na welke energiebronnen ze gebruiken. Vul het overzicht aan. wie?
voertuig
energiebron
E5 E10 B7 LPG elektrisch iets anders:
E5 E10 B7 LPG elektrisch iets anders:
E5 E10 B7 LPG elektrisch iets anders:
E5 E10 B7 LPG elektrisch iets anders:
10
Brandstoffen slaan we op in een tank die in of onder de auto wordt bevestigd. Tanks voor vloeibare brandstoffen hangen meestal onder de auto. Tanks voor gas vind je meestal ingebouwd in de bagageruimte. Als we het over brandstoffen hebben, in vloeibare vorm of gasvorm, dan hebben we het bijna altijd over fossiele brandstoffen. Je weet hoe die zijn ontstaan. Je kent de negatieve gevolgen van het verbranden ervan. Je weet echter ook dat we ze nodig hebben. De energie die vrijkomt bij het verbranden van de brandstoffen gebruiken we om mechanische bewegingen te creëren, om onder andere onze voertuigen ‘aan te drijven’.
2.2 Energieomzettingen De motor in een auto dient in de eerste plaats om de auto in beweging te brengen. Het enige doel is het omzetten van brandstof naar bewegingsenergie. Er wordt echter ook een andere energievorm opgewekt: warmte. Die gaat gewoon verloren. Meer zelfs, om de hitte in de motor te beperken, moet er een koelsysteem worden geïnstalleerd. Auto’s bestaan uit honderden onderdelen die langs elkaar heen bewegen en tegen elkaar wrijven. Denk maar aan de motor, het aandrijvingssysteem, de versnellingsbak … Die onderdelen worden daarom gesmeerd of voorzien van vetten. Dan loopt alles een beetje soepeler. Als je dat niet doet, dan wordt de wrijving groter en gaat er meer energie verloren.
We verliezen energie door: het omzetten van de ene energievorm naar de andere wrijving
In de delen Natuurwetenschappen en Techniek van de module InSpanning leer je meer over de verschillende vormen van energie en energieomzettingen.
11
2.3 Elektriciteit In elektrische voertuigen wordt de elektriciteit niet opgewekt, maar opgeslagen in een of meerdere batterijen. Benoem op de onderstaande afbeelding waar de elektriciteit vandaan komt.
In de meeste gevallen wekken we elektriciteit op door beweging. Daarvoor heb je een opgewikkelde koperdraad nodig, een spoel. Als je er een magneet langs beweegt, dan loopt er elektrische stroom door die spoel. Op een oudere fiets is het bijvoorbeeld waarschijnlijk dat je er aan de buitenkant een dynamo op aantreft. Die draait rond wanneer de fiets in beweging is en als die tegen het wiel leunt.
klassieke dynamo
naafdynamo
12
In een elektriciteitscentrale zit ook een dynamo, maar dan veel groter. Zet een pijl bij de dynamo in elk van de onderstaande afbeeldingen. dynamo van een waterkrachtcentrale
dynamo in een windturbine
dynamo in een kern- of STEG-centrale (stoom en gas)
13
Analyseer de tekening en bespreek de werking van een dynamo met behulp van de begrippen.
magneet
spoel
geleider
In een dynamo zetten we beweging om in elektrische energie door middel van een spoel en een magneet. De structuur van een dynamo en die van een elektromotor zijn bijna identiek. Het verschil is dat bij een elektromotor het omgekeerde gebeurt. Elektriciteit wordt namelijk omgezet in beweging. Op de volgende pagina’s vind je een aantal experimentjes met elektromotoren.
14
DOE DE TEST EXPERIMENT 1
Twee elektromotoren met wieken zijn met elkaar verbonden. Wat gebeurt er? Kruis aan. Ze draaien allebei.
Er gebeurt niets.
reng de wieken van elektromotor 1 B handmatig in beweging. Wat gebeurt er? Zet een pijl bij motor 2 om de draairichting van de wieken aan te duiden.
motor 1
motor 2
EĂŠn motor draait. reng de wieken van elektromotor 2 in B beweging. Wat gebeurt er? Zet een pijl bij motor 1 om de draairichting van de wieken aan te duiden.
motor 1
motor 2
Welke elektromotoren in de bovenstaande afbeeldingen produceren stroom? Markeer ze. Vul het besluit aan.
Een elektromotor kun je ook gebruiken als
.
15
EXPERIMENT 2
at gebeurt er wanneer je de wieken in de andere richting draait? W Zet telkens een pijl bij motor 2.
motor 1
motor 2
motor 1
motor 2
Markeer wat juist is.
Het is mogelijk / onmogelijk om elektriciteit van richting te doen veranderen.
De stroombronnen die wij het vaakst gebruiken, zijn geen dynamo’s, maar stopcontacten en batterijen. De meeste motoren die wij dagelijks gebruiken, zijn zo ontworpen dat ze maar in één richting kunnen draaien. Het maakt niet uit hoe je de stekker in het stopcontact steekt, de haardroger zal altijd blazen, niet zuigen. De stofzuiger zal altijd zuigen, niet blazen. Bij motoren en batterijen werkt het iets anders. In de meeste toestellen is het meestal snel duidelijk hoe je de batterij moet installeren dankzij de aanduiding van de plus- en de minpool. In toestellen op batterijen is het dus belangrijk dat de stroomrichting van de elektriciteit meteen goed zit. De elektrische stroom gaat van het deeltje dat uitsteekt (de pluspool) via het toestel naar de andere kant van de batterij (de minpool). Duid de richting van de elektrische stroom aan op de afbeelding. Deze constructie noemen we een gesloten stroomkring: een stroombron (batterij) die via twee geleiders (stroomkabels) verbonden is met een verbruiker (lamp).
16
Van kleine horlogebatterijen tot zware autobatterijen, ze werken allemaal op dezelfde manier. Sommige toestellen gaan stuk als je de batterij verkeerd aansluit. Dat is bijvoorbeeld het geval bij autobatterijen. Bij kleine elektromotoren is dat gelukkig niet het geval. We kunnen er gerust mee experimenteren. EXPERIMENT 3
Duid de draairichting van de wieken aan bij de motoren met een gesloten stroomkring.
Markeer wat juist is.
De motor zal enkel draaien wanneer de stroomkring gesloten / open is. De draairichting van sommige motoren wordt bepaald door de polen van de batterij.
Stroomkringen worden eigenlijk nooit uitgetekend zoals hierboven. Dat is tijdrovend en niet overzichtelijk. Daarom werken we met schema’s.
stroombron (bv. batterij)
geleider
verbruiker (bv. motor)
17
3 Overbrengingen Uit het experiment op de vorige pagina leidden we af dat je de draairichting kunt veranderen door de geleiders in de gesloten stroomkring te wisselen. Je kunt de draairichting ook op andere manieren wijzigen. In de onderstaande toestellen verandert men de draairichting op een andere manier ĂŠn vergroot of verkleint men de kracht en de snelheid van de beweging.
3.1 Soorten overbrengingen Een cement- of betonmolen wordt aangedreven door een motor. De tanden dienen om de molen rond zijn as te doen draaien.
Een blikopener wordt met de hand aangedreven. De tanden dienen om het snijwiel te doen draaien.
De versnellingsbak van een auto zorgt ervoor dat we de snelheid van de auto kunnen regelen (eerste, tweede, derde ‌ versnelling). We kunnen er ook de rijrichting mee bepalen (voor- of achteruit).
18
Om de snelheid of de draairichting van een beweging aan te passen, gebruiken we meestal riemen en/of tandwielen. Die brengen de bewegingen over naar een andere schijf of een ander tandwiel. Als de draaiende delen tegen elkaar zitten, dan spreken we van tandwieloverbrenging. Als de draaiende delen niet tegen elkaar zitten, dan spreken we van riemoverbrenging. Noteer over welke soort overbrenging het hier gaat.
drijver (wordt aangedreven door een motor, spierkracht ‌) tussenwiel volger (laatste element)
19
3.2 Draairichtingen Draairichtingen bij riemoverbrenging
De drijver draait naar rechts. Het tussenwiel en de volger zijn op dezelfde manier verbonden en draaien dus in dezelfde richting.
Het tussenwiel draait in dezelfde richting van de drijver. De laatste riem is gekruist, waardoor de volger in de tegengestelde richting draait.
Draairichtingen bij tandwieloverbrenging Twee tandwielen draaien altijd in elkaars tegengestelde richting.
De drijver draait naar links, de volger naar rechts.
De drijver draait naar rechts, het tussenwiel draait naar links. De volger draait naar rechts.
20
3.3 Snelheden en krachten Bekijk de onderstaande afbeeldingen.
Markeer in het besluit wat juist is.
De drijver is drie keer kleiner / groter dan de volger. De volger draait drie keer sneller / trager, maar heeft drie keer minder /meer kracht dan de drijver. Bekijk de onderstaande afbeeldingen.
Markeer in het besluit wat juist is.
De drijver is drie keer kleiner / groter dan de volger. De volger draait drie keer sneller / trager, maar heeft drie keer minder /meer kracht dan de drijver.
Als je een kleine drijver met een grote volger verbindt, dan heeft de volger meer kracht, maar minder snelheid. Als je een grote drijver met een kleine volger verbindt, dan heeft de volger meer snelheid, maar minder kracht.
21
Tussentandwielen dienen enkel om het drijfwiel en het volgwiel in dezelfde richting te laten draaien.
uid bij elke overbrenging de draairichtingen aan van de andere onderdelen. D Doe dat door alle blauwe draailijntjes van een pijltje te voorzien.
drijver (wordt aangedreven door een motor, spierkracht ‌) tussenwiel volger (laatste element)
22
Oefeningen snelheden en krachten Snelheid drukken we uit in tpm (toeren per minuut). Kracht drukken we uit in N (newton).
diameter 50 mm
diameter 10 mm
Vul bij elke overbrenging de kracht en de snelheid in van de volger.
10 N 10 tpm
10 N 30 tpm
10 N 20 tpm
20 N 50 tpm
10 N 20 tpm
drijver (wordt aangedreven door een motor, spierkracht ‌) tussenwiel volger (laatste element)
kracht: tpm:
kracht: tpm:
kracht: tpm:
kracht: tpm:
kracht: tpm:
23
50 tanden
10 tanden
10 N 10 tpm
kracht:
10 N 10 tpm
kracht:
30 N 20 tpm
kracht:
tpm:
tpm:
tpm:
kracht:
5N 50 tpm
tpm:
kracht:
40 N 20 tpm
tpm:
drijver (wordt aangedreven door een motor, spierkracht ‌) tussenwiel volger (laatste element)
ISAAC-actie Een knikker in beweging, de praktijk
Dansende elektronen
STUDIEWIJZER
TECHNIEK Ik kan de begrippen aandrijving en energieverlies uitleggen. Ik kan uitleggen hoe fossiele brandstoffen worden omgezet in bewegingsenergie. Ik weet dat elektrische energie kan worden opgewekt door bewegingsenergie. Ik kan uitleggen hoe een dynamo en een elektromotor werken. Ik weet wat een stroomkring is en ik kan bepalen of die open of gesloten is. Ik kan een eenvoudige stroomkring schematisch voorstellen. Ik kan aangeven of een overbrenging via tandwielen of riemen gebeurt. Ik kan de rotatie, snelheid en kracht van tussenwielen en volgers bepalen.
Colofon Auteurs Joke Lippens Illustrator Martijn van der Voo Eerste druk 2020 SO 2020/811 Bestelnummer 90 8080 287 ISBN 978 90 4863 980 9 KB D/2020/0147/368 NUR 126/136 Verantwoordelijke uitgever die Keure, Kleine Pathoekeweg 3, 8000 Brugge RPR 0405 108 325 - © die Keure, Brugge Die Keure wil het milieu beschermen. Daarom kiezen wij bewust voor papier dat afkomstig is uit verantwoord beheerde bossen. Deze uitgave is dan ook gedrukt op papier dat het FSC®-label draagt. Dat is het keurmerk van de Forest Stewardship Council®.
9
789048 639809
