Page 1



havo

Newt A n Natuurkunde voor de bovenbouw


Auteurs Jan Flokstra, Aart Groenewold, Kees Hooyman, Carolien Kootwijk, Koos Kortland. Mark Bosman, Nicole ten Broeke, Torsten van Goolen, René Hazejager, Michel Philippens, Mariska van Rijsbergen, Hein Vink. Eindredactie digitaal Evert-Jan Nijhof Bureauredactie Easy Writer, Maurik Opmaak Crius Group Ontwerp en beeldresearch Michelangela, Utrecht Tekeningen Jaap Wolters, Amersfoort, DDCom, Veldhoven

Over ThiemeMeulenhoff ThiemeMeulenhoff ontwikkelt zich van educatieve uitgeverij tot een learning design company. We brengen content, leerontwerp en technologie samen. Met onze groeiende expertise, ervaring en leeroplossingen zijn we een partner voor scholen bij het vernieuwen en verbeteren van onderwijs. Zo kunnen we samen beter recht doen aan de verschillen tussen lerenden en scholen en ervoor zorgen dat leren steeds persoonlijker, effectiever en efficiënter wordt. Samen leren vernieuwen. www.thiememeulenhoff.nl ISBN 978 90 06 98793 5 Vijfde druk, eerste oplage © ThiemeMeulenhoff, Amersfoort, 2021 Alle rechten voorbehouden. Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd, opgeslagen in een geautomatiseerd gegevensbestand, of openbaar gemaakt, in enige vorm of op enige wijze, hetzij elektronisch, mechanisch, door fotokopieën, opnamen, of enig andere manier, zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de uitgever. Voor zover het maken van kopieën uit deze uitgave is toegestaan op grond van artikel 16B Auteurswet 1912 j° het ­Besluit van 23 augustus 1985, Stbl. 471 en artikel 17 Auteurswet 1912, dient men de daarvoor wettelijk verschuldigde vergoedingen te voldoen aan Stichting Publicatie- en Reproductierechten Organisatie (PRO), Postbus 3060, 2130 KB Hoofddorp (www.stichting-pro.nl). Voor het overnemen van gedeelte(n) uit deze uitgave in bloemlezingen, readers en andere compilatiewerken (artikel 16 Auteurswet) dient men zich tot de uitgever te wenden. Voor meer informatie over het gebruik van muziek, film en het maken van kopieën in het onderwijs zie www.auteursrechtenonderwijs.nl. De uitgever heeft ernaar gestreefd de auteursrechten te regelen volgens de wettelijke bepalingen. Degenen die desondanks menen zekere rechten te kunnen doen gelden, kunnen zich alsnog tot de uitgever wenden.

Deze uitgave is volledig CO2-neutraal geproduceerd. Het voor deze uitgave gebruikte papier is voorzien van het FSC®-keurmerk. Dit betekent dat de bosbouw op een verantwoorde wijze heeft plaatsgevonden.


Inhoud Werken met Newton

4

K4 Menselijk lichaam

6

Gezond sporten

1 Introductie 2 Waarnemen en reageren 3 Voedingsstoffen en bewegen 4 Warmtehuishouding 5 Verdieping 6 Afsluiting Antwoorden op rekenvragen Register

7 10 20 26 34 37

42 43


Werken met Newton

A

4

WERKEN MET NEWTON VOOR DE LEERLING Op jouw school werk je met de methode Newton. Met je klasgenoten ga je ontdekken en onderzoeken hoe de natuurkunde in theorie en in de praktijk werkt, zodat je je goed kunt voorbereiden op het eindexamen. Op deze pagina vind je uitleg over de onderdelen die je tegenkomt bij het werken met Newton. Er zijn werkbladen en experimenten beschikbaar. Je docent maakt een keuze hieruit en zal deze verspreiden.

Keuzekatern en digitaal materiaal Alle leerstof die je nodig hebt voor het keuzeonderwerp Menselijk lichaam vind je in dit keuzekatern. Ook vind je verwijzingen naar onderdelen die de docent verspreidt. Introductie

H O O F D S T U K V R A AG

INLEIDING

Het keuzekatern begint met een introductieparagraaf. Je maakt kennis met het onderwerp vanuit de praktijk. Dan zie je de hoofdstukvraag, zodat je weet wat je gaat leren. In overleg met je docent ga je aan de slag met de opgaven en werkbladen. Paragraaf

PA R AG R A A F V R A AG Als je een T bij een opgave ziet staan, kun je aan de slag met een tekenblad. Tekenbladen vind je in je eigen digitale omgeving.

E In

de gele kaders zie je samengevatte leerstof.

In de paarse kaders zie je formules en rekenvoorbeelden.

Elke paragraaf heeft dezelfde opbouw: E Ontdekken: Met de experimenten, opgaven en de ontdekactiviteiten op ­werkbladen ontdek je hoe de natuurkunde werkt. Je docent bepaalt met welke experimenten en andere ontdekactiviteiten je aan de slag gaat. Bij Ontdekken wordt de paragraafvraag geïntroduceerd, zodat je een beeld hebt waarover het in deze paragraaf zal gaan. E Begrijpen: Alle belangrijke leerstof wordt in begrijpelijke taal aan je uitgelegd. Belangrijke begrippen zijn weergegeven als paarse woorden. Deze vind je ook in het register achter in dit keuzekatern. Samenvattingen van de uitleg vind je in aparte gele kaders direct onder de leerstof. De opgaven zijn erop gericht om je de leerstof goed te laten begrijpen. Bij sommige opgaven heb je een tekenblad nodig om iets te tekenen. E Beheersen: De leerstof van Begrijpen wordt uitgebreid, zodat je ermee kunt gaan redeneren en rekenen. Formules zie je in aparte paarse kaders. Naast een formule vind je in de marge soms een of meer rekenvoorbeelden. In de opgaven leer je zowel redeneren als rekenen. De uitkomsten van de rekenopgaven vind je achter in dit keuzekatern. Verdieping Aan het einde van dit keuzekatern kun je je extra verdiepen in het onderwerp met extra leerstof en opgaven.

Van elk hoofdstuk is er een uitgebreide samenvatting.

Afsluiting Je blikt terug op de hoofdstukvraag. Kun je deze nu beantwoorden? Je maakt aan de hand van vragen zelf een samenvatting. Dit kun je doen op basis van de korte samenvattingen in de paragrafen. In de keuzeopdrachten leer je hoe de natuurkunde van het hoofdstuk werkt in andere praktijksituaties. Je docent bepaalt of je ermee aan de slag gaat. Met de eindopgaven test je jezelf op examenniveau: ben je klaar voor het echte werk? Leerdoelen Bij elke paragraaf horen leerdoelen. De leerdoelen staan hier overzichtelijk bij elkaar. Daarmee kun je voor jezelf nagaan welke leerdoelen je wel of nog niet beheerst.


5

A

Werken met Newton

WERKEN MET NEWTON VOOR DE DOCENT Newton is een contextgerichte methode met veel aandacht voor begripsontwikkeling, experimenten en differentiatie. Alles voor het centrale examen en schoolexamen Per leerjaar is er voor havo en voor vwo een leerwerkboek met de verplichte leerstof voor CE en SE. Elk subdomein is ondergebracht in een hoofdstuk. Daarnaast zijn er zowel voor havo als voor vwo vier keuzekaternen met aparte hoofdstukken voor de SE-keuzedomeinen. Digitaal materiaal voor leerling en docent Via je licentie krijg je als docent toegang tot de digiboeken van de leerwerkboeken en de SE-keuzehoofdstukken. Ook heb je de beschikking over werkbladen, experimenten, keuzeopdrachten, toetsen en vele extra’s. Je kunt zelf kiezen wat je je leerling aanbiedt. Herkenbare didactische opbouw Elke paragraaf heeft een didactische opbouw die flexibel kan worden ingezet: 1 Het onderdeel Ontdekken is bedoeld voor activerend leren in de vorm van experimenten en ontdekactiviteiten. Deze vind je op de docentenpagina als werkbladen en experimenten. Je kunt zelf een selectie maken en onder de leerlingen verspreiden. 2 De kern van de leerstof van elke paragraaf bestaat uit de onderdelen Begrijpen en Beheersen. Bij Begrijpen is er sprake van kwalitatieve begripsvorming. Opgaven zijn voornamelijk gericht op begripsontwikkeling. 3 In het onderdeel Beheersen wordt de stap gezet naar kwantitatieve beheersing. De benodigde formules worden hier aangeboden. In de nieuwe examens wordt namelijk steeds meer een beroep gedaan op het kunnen beredeneren van de oplossing van een vraagstuk. Verdieping en Afsluiting De paragraaf Verdieping biedt bij elk hoofdstuk de mogelijkheid voor differentiatie. De leerstof is een aanvulling voor de gemotiveerde leerling, maar valt buiten het ­CE-examenprogramma. De leerstof van Verdieping kan naar eigen ­inzicht ­worden getoetst. Hetzelfde geldt voor de keuzeopdrachten, waarnaar in de ­Afsluiting ­verwezen wordt. Context leidt tot inzicht in concept Elk hoofdstuk en elk keuzekatern van Newton begint met een contextuele vraag waarmee de theorie en de opgaven toepassingsgericht worden aangeboden. De contextkaders op een paarse achtergrond (geen examenstof) bieden toepassing in concrete praktijkvoorbeelden. Er wordt extra gevarieerd met contexten in de opgaven, keuze­ opdrachten en eindopgaven. Zo oefent de leerling met het oplossen van vraagstukken in bestaande en nieuwe contexten. Extra aandacht voor vaardigheden Hoofdstuk 15 van het leerwerkboek richt zich op de voorbereiding voor het examen. Hoofdstuk 11 omvatte rekenvaardigheden en wiskundige vaardigheden. In hoofdstuk 6 zijn aan bod geweest: rekenen, onderzoeken, modelleren en ontwerpen.

ONTDEKKEN Centrale vraag voor de leerling: “Waar gaat dit over?”

BEGRIJPEN Centrale vraag voor de leerling: “Wat is hier aan de hand?”

BEHEERSEN Centrale vraag voor de leerling: “Wat moet ik hiermee kunnen?”

VERDIEPEN


K4 1

Introductie

2

Waarnemen en reageren 10

3

7

Voedingsstoffen en bewegen

20

4

Warmtehuishouding

26

5

Verdieping

34

6

Afsluiting

37

Menselijk lichaam Gezond sporten


7

A

1

Menselijk lichaam

Introductie

Het menselijk lichaam is een bijzondere ‘machine’, het is zowel een soort motor als een chemische fabriek. Veel acties van spieren worden bewust of onbewust aangestuurd na waarnemingen via onze sensoren. Hoe werkt dat? Wedstrijdsporters zoeken vaak de grenzen op van de mogelijkheden van het eigen lichaam, wat betreft snelheid, kracht of behendigheid. Daarbij spelen de omstandigheden buiten het eigen lichaam een belangrijke rol. Temperatuur en vochtigheid van de lucht bijvoorbeeld, en ook de luchtdruk. Je lichaam kan zich goed aanpassen aan verschillende omstandigheden en aan de eisen die je jezelf oplegt. Die zijn immers heel anders tijdens het sporten dan wanneer je rustig ligt. En of het nu koud of warm is, of je rustig loopt of een sprintje trekt om een bal te vangen, als je gezond bent kan het allemaal. Hoe krijgt je lichaam dit voor elkaar?

Figuur 1  Wielrenners zoeken vaak de grenzen op van de mogelijkheden van hun eigen lichaam.

H O O F D S T U K V R A AG Hoe zorgt het menselijk lichaam ervoor dat je gezond kunt sporten?

In dit hoofdstuk ga je na wat het menselijke lichaam doet om te zorgen dat je als ­sporter kunt presteren. Je zoekt naar antwoorden op de volgende vragen: E Op welke manier reageert het lichaam op waargenomen veranderingen van grootheden in en buiten het lichaam? (paragraaf 2) E Waardoor wordt bepaald hoe goed een sporter presteert? (paragraaf 3) E Hoe houdt het menselijk lichaam de lichaamstemperatuur constant? (paragraaf 4)

INLEIDING Kracht en beweging In hoofdstuk 2 heb je geleerd dat een voorwerp een constante snelheid heeft of stil blijft staan, als de resulterende kracht op het voorwerp nul is. Dit is de eerste wet van Newton. De tweede wet van Newton zegt dat het voorwerp versnelt of vertraagt als de resulterende kracht niet nul is. Er geldt:

Fres = m · a Hierin is Fres de nettokracht (in N), m de massa (in kg) en a de versnelling (in m/s2). Bij het sporten speelt een aantal krachten een belangrijke rol zoals de zwaartekracht, de rolweerstand, de schuifwrijving en de luchtweerstand. De zwaartekracht: Fz = m · g Hierin is m de massa (in kg) en g (= 9,81 m/s2) de valversnelling op aarde. De schuifwrijving: Fw,s = f · Fn Hierin is f een constante en Fn de normaalkracht (in N). De rolweerstand: Fw,r = cr · Fn Hierin is cr een constante en Fn de normaalkracht (in N). De luchtweerstand: Fw,l = k · v2 Hierin is k een constante en v de snelheid (in m/s).

Experiment 1: Meten aan je lichaam W1 Het menselijk lichaam in de natuurkunde Experiment 2: Kracht, snelheid en spieren


1 Introductie Menselijk lichaam

A

Warmte en warmtetransport In hoofdstuk 3 zijn de verschillende vormen van warmtetransport uitgelegd en met deeltjesmodellen verklaard. In dit katern ga je deze kennis toepassen op de warmtehuishouding van het menselijk lichaam.

geleiding

stroming straling

Figuur 2  De drie vormen van warmtetransport: geleiding, stroming en straling

Warmte kan op drie manieren worden getransporteerd: E In vaste stoffen via geleiding: extra trillingsenergie van het ene deeltje wordt doorgegeven aan aangrenzende deeltjes. E In vloeistoffen en gassen door stroming: energie wordt door de deeltjes in de ­stroming meegenomen en de extra energie wordt afgeven op andere plaatsen in de vloeistof of het gas. E De derde vorm van transport is straling: energie wordt met de lichtsnelheid overgebracht zonder tussenkomst van materie. Bij geleiding van warmte door een wand geldt voor de warmtestroom, de hoeveelheid energie die per seconde door de wand gaat: ΔT   ​ ​P = λ ⋅ A ⋅ ​ _ d Hierin is P de warmtestroom (in W), λ de warmtegeleidingscoëfficiënt (in W/(K·m)), A de oppervlakte (in m2), ΔT het temperatuurverschil (in °C of K) en d de dikte van de wand (in m). De hoeveelheid warmte die nodig is om 1 kg van een stof 1 °C te verwarmen kun je berekenen met: ​Q = c ⋅ m ⋅ ΔT​ Hierin is Q de warmte (in J), c de soortelijke warmte (in J/(kg·°C)) en m de massa (in kg).

1  Waar of niet waar? Verbeter de onjuiste uitspraken. a b c d e

De warmtestroom is de hoeveelheid warmte die per seconde wordt getransporteerd. Als de resulterende kracht op een voorwerp nul is, beweegt het met ­constante snelheid. Als je met een constante snelheid fietst, is de kracht naar voren (door je spieren) iets groter dan de tegenwerkende krachten samen. In een vaste stof vindt alle warmtetransport plaats door geleiding. Een mens verliest een deel van zijn warmte, doordat hij straling uitzendt.

8


9

A

Menselijk lichaam 1 Introductie

2  Een fietser (m = 80kg) rijdt met een constante snelheid van 25 km/h door de Hollandse polder. De rolweerstand is 8,0 N. Voor de luchtweerstand geldt:

Fw,l = 0,63·v2. Controleer met een berekening dat bij deze snelheid de luchtweerstand 30 N bedraagt. b Bereken de voorwaartse kracht die deze fietser moet leveren om met deze snelheid te blijven fietsen. De fietser gaat iets harder trappen. c Leg uit dat het enige tijd duurt voordat deze fietser met een (hogere) ­constante snelheid fietst. a

3  Een glazen ruit is ingeslagen. Het glas wordt verwijderd en vervangen door een houten plaat. Het glas in het raam was 8,0 mm dik, de houten plaat is 2,4 cm dik. Het raam is 1,0 m breed en 1,4 m hoog. Binnen is het 21 °C, buiten is het 8,0 °C. In de tabel van figuur 4 staan enkele gegevens van het gebruikte hout en glas. a Bereken de warmtestroom door de houten plaat. b Leg met een berekening uit dat de warmtestroom door de houten plaat ongeveer 4 × zo groot is als door de glazen ruit. De houten plaat is na het opschroeven opgewarmd van 8,0 °C tot 21 °C. c Bereken hoeveel energie dit heeft gekost.

Figuur 3  Dichtgespijkerde ramen

Materiaal ρ (kg/dm3)

λ (W/(K·m)) c (J/(kg·K))

hout

0,58

0,4

2720

glas

2,5

0,03*

800

*gecorrigeerd voor de invloed van stilstaande lucht bij het glas Figuur 4


Menselijk lichaam

2 Experiment 3: Reactietijd Experiment 4: Homeostase

A

10

Waarnemen en reageren

ONTDEKKEN Sporters trainen veel om de beste te zijn in hun tak van sport. Darters oefenen net zo lang op hun worp tot ze alle pijltjes in de ‘tripple 20’  kunnen gooien. Vecht­sporters oefenen zo vaak dat ze sneller reageren en een aanval van de tegenstander ­kunnen afslaan. En zodra een sprinter het startschot hoort, sprint hij weg. Hoe zorgt het lichaam ervoor dat dit mogelijk is?

PA R AG R A A F V R A AG Op welke manier reageert het lichaam op waargenomen veranderingen van grootheden in en buiten het lichaam?

BEGRIJPEN Zintuigen en receptoren Als je gaat sporten, moet het lichaam veel doen. De hersenen moeten ­binnenkomende impulsen verwerken en actie ondernemen. De spieren en het hart moeten aan het werk worden gezet. Maar vooral moet jouw lichaam weten wat er in je en om je heen gebeurt. Hiervoor heeft een mens zintuigen. Een zintuig, bestaande uit zintuigcellen, neemt informatie uit de omgeving op en zet deze om in impulsen, elektrische spanningspiekjes. Als er bijvoorbeeld in je oog ­fotonen in de zintuigcellen in het netvlies geabsorbeerd worden, geven deze cellen spanningspiekjes af. Wanneer de spanningspiek of spanningspuls groot genoeg is, zal deze door zenuwen worden doorgegeven aan de hersenen. De hersenen verwerken de informatie en sturen zo nodig de spieren aan via het zenuwstelsel of via hormonen in de bloedstroom. Het menselijk lichaam heeft vijf verschillende soorten zintuigen om de omgeving waar te nemen: oog, oor, neus, tong en huid. Het oog neemt licht waar, het oor kan geluidstrillingen opvangen, met je neus ruik je en met je tong kun je proeven. Het grootste zintuig is de huid, het tastzintuig. De huid geeft je informatie over hoe warm of koud iets is en hoe groot de druk is die op de huid wordt uitgeoefend. Behalve deze vijf zintuigen heb je ook een groot aantal inwendige receptoren. Een receptor is een cel die specifieke informatie binnen het lichaam waarneemt. Zo zijn er receptoren die geprikkeld worden door bijvoorbeeld een gebrek aan zuurstof of door te veel afvalstoffen. Een receptor is dus een cel die een specifieke prikkel waarneemt en dan een impuls doorgeeft.

Figuur 5  De vijf zintuigen van de mens

Er zijn receptoren die waarnemen of er niet te veel afvalstoffen zijn, zoals bij de verzuring in je spieren tijdens het sporten. Andere receptoren, verspreid over het hele lichaam, meten bijvoorbeeld of het zuurstofgehalte hoog genoeg is. In de hersenen zitten receptoren die een impuls afgeven, als de lichaamstemperatuur te hoog of te laag wordt. Zodra één van de waargenomen grootheden te veel afwijkt van de normale waarde, zal het lichaam actie ondernemen. Als het zuurstofgehalte te laag wordt ga je meer ademen, als er te veel afvalstoffen zijn neemt de bloedtoevoer toe en zodra


11

A

Menselijk lichaam 2 Waarnemen en reageren Begrijpen

de inwendige temperatuur oploopt ga je onder andere zweten. Je weet zonder je ogen open te doen, waar je hand is. Je kunt met je vinger het puntje van je neus aanraken zonder dat je daarvoor hoeft te kijken. Dit weet je door de signalen van receptoren die informatie geven over de uitrekking van spieren. Allemaal voorbeelden van reacties waarbij het lichaam de balans gaat herstellen.

Experiment 5: Kleur en beweging ­waarnemen

B De

vijf zintuigen oog, oor, neus, tong en huid nemen waar: licht, geluid, smaak, geur, temperatuur en druk. B Verschillende receptoren in het lichaam nemen onder andere waar: houding, zuurstofgehalte in het bloed, hoeveelheid afvalstoffen en lichaamstemperatuur.

HET OOR

Figuur 6  Het uitwendige oor

z

4

15 0

H 00 30

600

20

0

00

80

Hz

Hz

0

Hz 1000 Hz

0 .00 20

z

H

Het minimale geluidsniveau waarbij een impuls aan de hersenen wordt door­ gegeven noemen we de gehoordrempel. Deze gehoordrempel is afhankelijk van de frequentie van het geluid en van de leeftijd van de persoon.

Basilair membraan

Hz 00

Hz

Door de amplitude van de trillingen van de haartjes van het membraan kun je ­ agaan wat de sterkte van het geluid is. Bij een hoger geluidsniveau gaan de n ­haartjes met een grotere amplitude trillen, waardoor er een sterkere impuls per haarcel is. Als het geluid te hard is gedurende enige tijd, kunnen de zintuigcellen op het membraan in het slakkenhuis onherstelbaar beschadigd raken en kun je ­bepaalde frequenties slechter of zelfs niet meer horen.

2000 Hz

z 0H

40

Het gehoor bestaat uit drie verschillende onderdelen: het uitwendige oor, het ­middenoor en het binnenoor. In het uitwendige oor wordt het geluid ­opgevangen en via de gehoorgang en het trommelvlies doorgegeven aan het middenoor. Het geluid wordt in het middenoor door de gehoorbeentjes versterkt en via het ovale venster naar het binnenoor geleidt. In het binnenoor, het slakkenhuis, gaan de ­geluidsgolven door een vloeistof langs een membraan met allemaal kleine ­haartjes, die de prikkels omzetten in impulsen en deze doorgeven naar de ­gehoorzenuw. Doordat het membraan in het begin smal en stijf is en daarna ­breder en flexibeler wordt, zullen de haartjes aan het begin van het ­slakkenhuis resoneren bij hoge frequenties (maximaal 20 kHz) en aan het eind bij lage ­frequenties (­minimaal 20 Hz). Op deze manier kun je verschillende toonhoogtes, al of niet tegelijk, ­waarnemen.

70 00

Hz

Figuur 7  Het slakkenhuis

5000 Hz


Begrijpen 2 Waarnemen en reageren Menselijk lichaam

A

12

HET OOG Je oog bevat twee soorten receptoren: staafjes en kegeltjes. De kegeltjes b ­ evinden zich in het midden op het netvlies recht achter de ooglens, terwijl de staafjes daaromheen liggen. De drie soorten kegeltjes kunnen drie verschillende kleuren licht waarnemen. De staafjes kunnen alleen grijswaarden waarnemen. De ­hoeveelheid licht die op een kegeltje moet vallen voordat de spanningspuls in de zenuw hoog genoeg is om doorgegeven te worden, is veel groter dan bij een staafje. De ­gevoeligheid van kegeltjes is dus lager dan die van staafjes. Hierdoor kun je ­bijvoorbeeld op een donker voetbalveld moeilijk onderscheid maken tussen je ­medespelers en je tegenstanders. Het zijn dan allemaal grijze schimmen.

Figuur 8  Een oog

Zenuwen dendrieten

cellichaam

synaps

celkern

axon

Bij veel sporten, bijvoorbeeld balsporten, moet je snel kunnen reageren. Door te t­ rainen kun je daarvoor automatismen ontwikkelen. Als je iets ziet, hoef je dan amper meer na te denken hoe je moet reageren. Maar er zit altijd tijd tussen het waarnemen en het ­reageren, doordat de impulsen van de zintuigen moeten worden doorgegeven aan de hersenen. Dit impulsoverdracht gebeurt via zenuwen. De prikkels die de zintuigcellen en de receptoren omzetten in spanningspulsen worden door zenuwcellen door­gegeven aan het centrale zenuwstelsel: de hersenen en het ruggenmerg. Een zenuwcel heeft een lange uitloper die tot in het centrale zenuwstelsel reikt. De zenuwcel geeft de impulsen door via deze lange uitloper. In het centrale zenuwstelsel (ruggenmerg en hersenen) worden de impulsen overgenomen door andere zenuwen en in de hersenen verspreid. Vervolgens wordt door een ingewikkelde samenwerking van zenuwcellen een reactie gevormd, die daarna via de bloedstroom of via de spieren actie oplevert. De zenuwcel die als reactie een spier aanstuurt, ligt met zijn kern in het centrale zenuwstelsel. De lange uitloper die de impuls verstuurt, loopt van het centrale zenuwstelsel tot bij de spier.

Figuur 9  Zenuwcel

spanningspuls

spanningspuls

Figuur 10  Een spanningspuls komt aan het einde van een zenuw. Er komen chemicaliën vrij die zorgen voor een reactie in de volgende cel.

De impulsoverdracht via zenuwen is snel, doordat het om elektrische signalen gaat. Door een prikkel van de receptor ontstaat een spanningspuls in de zenuw, die zich langs de uitloper van de zenuwcel verspreidt. Als deze spanningspuls bij het uiteinde van de uitloper aankomt, komen er chemische stoffen vrij. Stuurt de zenuwcel een spier aan, dan zal deze zich daardoor samentrekken. Eindigt de zenuw in het centrale zenuwstelsel, dan zal er in de volgende zenuwcel een nieuwe spanningspuls ontstaan. B Impulsoverdracht

door zenuwcellen is elektrisch van aard.

Bloedstroom en hormonen Experiment 6: Stroomsnelheid van het bloed

De hersenen zorgen ervoor dat de juiste spieren op het juiste moment worden aangespannen. Maar behalve voor het aansturen van de spieren zorgen de hersenen er ook voor dat de spieren kunnen blijven werken. Het zuurstofgehalte daalt door de verbranding van voedingstoffen, zoals koolhydraten en vetten, in de spieren. Zodra de hersenen dit via receptoren waarnemen, zorgen ze ervoor dat de ademhalings­ frequentie toeneemt en de hartslag stijgt om genoeg zuurstof naar de spieren te ­kunnen brengen.


13

A

Menselijk lichaam 2 Waarnemen en reageren Begrijpen

Bij inspanning neemt in de spieren de behoefte aan voedingsstoffen toe. Hiervoor worden stoffen aan de bloedstroom toegevoegd die zorgen dat in de lever suiker vrijkomt. Het lichaam reageert nu dus niet via het zenuwstelsel maar door bepaalde stoffen, hormonen, in de bloedsomloop te brengen. Door de hormonen worden in het hele lichaam cellen aangezet tot ander gedrag. De bloedsomloop vervult drie verschillende taken. E De bloedsomloop is het transportsysteem voor zuurstof, voedingsstoffen en afvalstoffen. Zodra er een tekort aan zuurstof of voedingsstoffen of een overschot aan afvalstoffen wordt waargenomen, zal het hart sneller gaan kloppen en zal de bloedstroom toenemen: het tekort wordt aangevuld en/of de afvalstoffen worden afgevoerd. E Via het bloed kunnen hormonen worden verspreid door het lichaam. Hormonen zorgen voor een bepaalde reactie. Een voorbeeld is insuline. Als je gegeten hebt, worden er voedingstoffen opgenomen in de bloedstroom. Het hormoon insuline zorgt ervoor dat de opgenomen glucose wordt opgeslagen in de lever en in de spieren. Het hormoon insuline komt vrij zodra receptoren in de bloedsomloop een toename van glucose hebben waargenomen. E De derde functie van de bloedsomloop is de temperatuurregeling van het lichaam. Als receptoren in je lichaam waarnemen dat je inwendige lichaams­ temperatuur te hoog wordt, zal de doorbloeding van je huid toenemen. Hierdoor wordt je huid warmer en gaat daardoor meer warmte afgeven, zodat je extra afkoelt. B De

bloedsomloop heeft drie functies: transport van voedingstoffen, vervoer van hormonen en het regelen van de lichaamstemperatuur.

Homeostase Een sporter bereidt zich voor op een wedstrijd: de juiste kleren aan, genoeg gegeten en gedronken en goed uitgerust en getraind. Als je het te koud of te warm hebt, kun je niet goed presteren. De inwendige temperatuur van het lichaam is normaal 37 °C. Het lichaam moet ook genoeg voedingsstoffen naar de spieren kunnen brengen om te kunnen presteren. Gelukkig doet het lichaam dit voor het grootste deel zelfstandig, zonder dat je erover na hoeft te denken. Het lichaam heeft een aantal mechanismen om de optimale situatie in je lichaam in stand te houden. Een groot aantal receptoren en zintuigen nemen veranderingen in en buiten het lichaam waar. Vervolgens probeert het zenuwstelsel de situatie in het lichaam te herstellen door signalen te sturen via het zenuwstelsel en/of via hormonen in het bloed en/of door het vervoer van bepaalde stoffen in het bloed. Dit proces wordt homeostase genoemd. B Het

vermogen om de omstandigheden in het lichaam constant te houden heet homeostase.

Figuur 11  De bloedsomloop


Begrijpen 2 Waarnemen en reageren Menselijk lichaam

A

4  Waar of niet waar? Verbeter de onjuiste uitspraken. a b c d e

koorts onderkoeling ademnood

Figuur 12  Evenwicht of homeostase

f

hyperventilatie g h i

Het lichaam kan de omstandigheden binnen het lichaam altijd constant houden. Het lichaam heeft zes verschillende zintuigen. Een receptor is vergelijkbaar met een zintuigcel maar dan voor iets in het lichaam. Voor een voetballer zijn slechts de zintuigen voor zicht en druk van belang. Het lichaam verstuurt alle impulsen via zenuwen. Hoe hoger de frequentie van geluid, hoe meer zintuigcellen in het oor een impuls afgeven. De gevoeligheid van de kegeltjes in het oog is groter dan de gevoeligheid van de staafjes. De bloedsomloop zorgt ervoor dat overal in het lichaam zuurstof en warmte komen. Een reactie via hormonen gaat veel langzamer dan via zenuwen.

5  Homeostase is het vermogen van het lichaam om het interne milieu constant te houden. Noem drie grootheden die een gezond lichaam constant houdt.

6  Van welke grootheden buiten het lichaam kan het lichaam de grootte waar­ nemen?

7  Noem drie grootheden binnen het lichaam die waargenomen kunnen worden. 8  Als er in de hersenen impulsen van zintuigen of receptoren binnenkomen, kunnen die op twee verschillende manieren signalen aan de rest van het lichaam doorgeven. Welke twee manieren zijn dit?

9  Een elektrische schok krijgen, betekent dat er stroom door je lichaam gaat. Dit kan heel gevaarlijk zijn. Leg uit dat het vooral gevaarlijk is, wanneer je op blote voeten op een natte vloer staat en met je hand de fasedraad van een elektriciteitsleiding aanraakt.

10  Het hart is de pomp die zorgt dat het bloed door het lichaam stroomt. Hoe beïnvloedt de hartslagfrequentie: a de temperatuur in een spier? b het zuurstofgehalte in een spier?

14


15

A

Menselijk lichaam 2 Waarnemen en reageren Beheersen

BEHEERSEN Reflexen Veel van onze bewegingen worden bepaald door reflexen. Nadat bijvoorbeeld een receptor een prikkel krijgt, voeren zenuwcellen een automatische reactie uit en ­vervolgens een onbewuste actie van spieren. Voor acties door reflexen hoef je niet na te denken. We zijn ons niet bewust van alles wat onze zintuigen waarnemen b ­ uiten en in ons lichaam. Reflexen zorgen dat je gevaar ontwijkt (knipperen met je ogen, hete spullen laten vallen) of je lichaam aanpast (voedsel verteren, hoesten, evenwicht, pupilgrootte aanpassen) zonder dat je daarover hoeft na te denken. Een bekende reflex is de kniepeesreflex (zie figuur 13). Als je op de pees net onder je knie tikt, gaat je been naar voren. Deze reflex loopt net zoals alle signalen via het ­centrale zenuwstelsel. Door de tik (de prikkel) op de pees onder de knie wordt via een zenuw een spanningspuls verstuurd naar het centrale zenuwstelsel. Zodra de impuls in het ruggenmerg is aangekomen, wordt deze doorgegeven aan twee verschillende zenuwen: een zenuw die het signaal doorstuurt naar de hersenen en een zenuwcel die een spier aanstuurt. Hierdoor beweegt je been. Een reflex is veel sneller dan een gewone reactie op een prikkel, omdat niet eerst een impuls naar de hersenen hoeft te gaan: er wordt direct gereageerd. Dit is van groot belang. Als er bijvoorbeeld iets dichtbij op je ogen afkomt, gaan je ogen automatisch dicht om ze te beschermen. Je doet dus eerst je ogen dicht en pas daarna wordt de impuls van die prikkel ook in de hersenen herkend. Bij een reflex wordt de impuls van het zintuig in het centrale zenuwstelsel direct doorgegeven aan een zenuw die een spier aanstuurt. Doordat de spier direct wordt ­aangestuurd, kun je de voorplantingssnelheid van een impuls langs een zenuw meten. Er geldt:

Figuur 13  Kniepeesreflex

​s​  ​​  + ​s​ 2​​ ​ ​v​ t​​ = _____ ​  ​t1​   ​   reflex​​ Hierin is vt de transportsnelheid van de impuls (in m/s), s1 de afstand tussen het zintuig en het ruggenmerg (in m), s2 de afstand tussen het ruggenmerg en de spier (in m) en treflex de tijd die het kost voordat de reflexbeweging begint (in s). Met behulp van deze formule kun je bepalen of een sporter nog sneller kan reageren of dat hij beperkt is door de tijd die het kost om het signaal van de receptor naar het ruggenmerg te krijgen. B Een

reflex is een automatische spierreactie op een prikkel.

Experiment 7: Reflexen



17

A

Menselijk lichaam 2 Waarnemen en reageren Beheersen

Bloedvaten en hart De functie van het hart is om alle spieren, organen en zenuwcellen van het lichaam blijvend van voedingstoffen en zuurstof te voorzien door bloed rond te pompen. Een gemiddelde man heeft in al zijn bloedvaten ongeveer 5 L bloed, een vrouw ongeveer 4 L. Het totale volume van het bloed van een persoon hangt zowel af van het geslacht als de leeftijd en de massa. Een goede benadering is: ​Vm​  an​​ = 1510  +  59m–9L en ​Vv​  rouw​​ = 1463  +  48m–11L​ Hierin is V het bloedvolume (in mL), m de massa (in kg) en L de leeftijd (in jaren).

Figuur 16  Werking van het hart

Mensen die jarenlang veel en intensief hebben gesport, hebben meestal een groot hart, zodat er per minuut, bij dezelfde hartslag, meer bloed door het hart kan worden rondgepompt. Het hart pompt gemiddeld per slag 50 tot 70 mL bloed het lichaam in. De frequentie van de hartslag kan oplopen van zo’n 45 – 70 slagen per minuut (rusthartslag) tot boven de 200 slagen per minuut. De maximale hartslag hangt af van leeftijd en conditie. Een vuistregel voor het bepalen van de maximale hartslag is: ​aantal hartslagen per minuut = 220–leeftijd ​(i​​ n jaren​)​​​​ Aan deze vuistregel zie je dat de hoeveelheid bloed die het hart per minuut kan rondpompen, fors kan oplopen bij inspanning. Dit is een van de twee bepalende factoren voor de conditie van een duursporter. B De

maximale hartslag hangt af van de conditie en de leeftijd van de sporter. hartfrequentie hangt af van de behoefte aan voedingsstoffen en zuurstof in het lichaam. B Het bloedvolume hangt af van het geslacht, de leeftijd en de massa van de sporter. B De

Longen De longfunctie is de tweede factor die de conditie van een duursporter bepaalt. Het lichaam moet genoeg zuurstof kunnen opnemen en alle koolstofdioxide kunnen afvoeren. Hoe goed het ademhalingssysteem werkt, wordt onder andere bepaald door de grootte van de longen en de ademhalingsfrequentie. Als je meer zuurstof nodig hebt, ga je sneller en over het algemeen ook dieper ademhalen. En wanneer het zuurstofgehalte in je bloed laag is, nemen je longen meer zuurstof op uit de lucht. Er is dus niet een eenduidig verband tussen zuurstofbehoefte en ademhalings­ frequentie. Een betere maat voor de longfunctie dan de ademhalingsfrequentie is het ­ademvolume: de hoeveelheid lucht die je in één minuut in- en uitademt. B De

hoeveelheid zuurstof die in de longen wordt opgenomen, hangt af van de ademhalingsfrequentie, de hoeveelheid zuurstof in het bloed en de diepte van inademing. Figuur 17  Longen

Experiment 8: Ademvolume


Beheersen 2 Waarnemen en reageren Menselijk lichaam

A

18

Spieren pees

bot

spier

bundel spiervezels

Sporters hebben vaak dikkere spieren dan niet-sporters. Dit komt doordat de sterkte van een spier afhangt van het aantal spiervezels en er door het lichaam extra nieuwe spiervezels worden aangemaakt bij (kracht)training. Het aantal zenuwen dat deze spiervezels aanstuurt, wordt echter niet groter. Hierdoor kunnen sterke mensen vaak minder goed hun kracht doseren, want één enkele actiepotentiaal laat alle spiervezels in de buurt van de zenuwuitloper samentrekken. B De

spierkracht hangt af van het aantal spiervezels. nauwkeurig iemand kracht kan doseren met een spier, hangt af van het aantal spiervezels dat door één zenuw wordt aangestuurd.

B Hoe

spiervezels

11  De paragraafvraag is: Op welke manier reageert het lichaam op waar­genomen Figuur 18  Opbouw van een spier

veranderingen van grootheden in en buiten het lichaam? Wat is het antwoord op deze vraag?

12  De snelste reacties in het menselijk lichaam zijn de reflexen. a b

Waardoor kun je niet sneller reageren dan met een reflex? Leg uit waarom het van groot belang is dat een reflex zo snel is.

13  Waar of niet waar? Verbeter de onjuiste uitspraken. a b c

Een zenuwcel geeft een prikkel door, doordat er natrium door de uitlopers van de zenuw naar de celkern stroomt. Bij een reflex stuurt een zintuigcel direct de spieren aan. De positieve ‘pool’ van de spanning in een zenuwcel ligt buiten de ­zenuwcel.

14  Bij Niels en Maxim wordt de reactietijd getest. Beiden houden hun ogen dicht en moeten deze openen als ze iets voelen. Niels wordt hierbij in zijn teen geprikt, Maxim in zijn neus. Leg aan de hand van een berekening uit of er verschil in reactietijd is tussen beiden en of je het verschil kunt meten met een stopwatch.

15  Zodra je gaat hardlopen, neemt de behoefte aan zuurstof in je spieren toe. Hierdoor zullen de spieren meer zuurstof uit het bloed opnemen en daalt het zuurstofgehalte in het bloed. Leg uit waardoor de longen op dat moment meer zuurstof kunnen opnemen bij hetzelfde ademvolume dan tijdens rustig wandelen.

16  Een fietser die 40 km/h fietst, zet per seconde ongeveer 1000 J aan energie om in zijn spieren. Dezelfde fietser gebruikt tijdens het slapen slechts 60 J/s. De energie die de fietser gebruikt, is opgeslagen in het lichaam. De zuurstof die hij nodig heeft voor de verbranding, moet hij inademen. a Leg uit dat het ademvolume niet evenredig is met de zuurstofbehoefte. b Leg uit dat de ademhalingsfrequentie niet evenredig is met het geleverde vermogen. c Iedere spiervezel kan evenveel kracht leveren. Wat voor soort verband bestaat er tussen de spierkracht en het aantal spiervezels naast elkaar?


19

A

Menselijk lichaam 2 Waarnemen en reageren Beheersen

17  Joline en Sander zijn beiden 17 jaar oud, wegen allebei 72 kg en zijn allebei 1,73 m lang. a Bereken hoeveel bloed Sander heeft. b Bereken hoeveel meer bloed Sander heeft dan Joline. c Sanders hart pompt per slag 62 mL bloed zijn bloedbaan in. Hoeveel bloed pompt Sanders hart ongeveer per minuut rond als hij slaapt? d Hoeveel bloed per minuut pompt Sanders hart ongeveer rond als hij zich maximaal inspant? e Hoe lang duurt het voordat Sanders hart bij maximale inspanning zijn totale bloedvolume heeft verpompt? f Hoeveel keer pompt Sanders hart per dag al zijn bloed rond, als zijn ­gemiddelde hartslag 65 slagen per minuut is biceps

18  Spierbundels bestaan altijd uit paren. In je arm heb je de biceps die je arm buigt en de triceps die je arm strekt. Leg uit waardoor één spierbundel niet genoeg is om je arm te laten bewegen.

19  Bij wereldkampioenschappen atletiek wordt de reactietijd gemeten van s­ printers. In het startblok is daartoe een druksensor verwerkt. Als deze ­sensor ­binnen 100 ms na het startschot een toename in druk registreert, krijgt de sporter een valse start toegewezen. a Bereken de tijd die het kost om het geluidssignaal via de zenuwen van de oren naar de dijbeenspier te sturen. Schat hierbij de afstand van het hoofd tot de dijbeenspier van de sprinter. b Verklaar waarom jij het wel / niet eerlijk vindt dat iedereen die binnen 100 ms begint te sprinten wordt gediskwalificeerd.

triceps

Figuur 19  Biceps en triceps

Experiment 9: Reactietijd versus reflextijd Experiment 10: Spierkracht


Menselijk lichaam

3

A

20

Voedingsstoffen en bewegen

ONTDEKKEN Experiment 11: Vermogen van een sporter Experiment 12: Armpje drukken

Veel sporters willen door training steeds beter worden. Sommige topsporters gebruiken zelfs doping om hun prestaties te verhogen. Maar de meeste mensen sporten om in conditie te blijven, om af te vallen of omdat ze het gewoon leuk vinden. Wat bepaalt eigenlijk hoe goed een sporter is en waar haalt een sporter de energie vandaan voor het sporten?

PA R AG R A A F V R A AG Waardoor wordt bepaald hoe goed een sporter presteert?

BEGRIJPEN Kracht en bewegen Bij de meeste sporten gaat het om beweging. Om in beweging te komen is spierkracht nodig (F = m · a) en om in beweging te blijven is meestal ook spierkracht nodig ter compensatie van de wrijving. De kracht die één spiervezel kan leveren, is maar heel klein. Door te trainen kun je het aantal spiervezels vergroten, waardoor de kracht die de totale spier kan uitoefenen groter wordt. B De B Als

kracht van een spier hangt af van het aantal spiervezels. een spier veel wordt gebruikt, neemt het aantal spiervezels toe.

Arbeid en energie Sommige wielrenners blijven in een te zware versnelling rijden als de weg omhoog loopt, waardoor ze amper genoeg kracht hebben om de pedalen rond te krijgen. Andere wielrenners schakelen een lichtere versnelling in en hoeven daardoor minder kracht te zetten. Ze moeten dan wel vaker trappen om boven te komen. Je verricht uiteindelijk evenveel arbeid om boven te komen, welke versnelling je ook kiest.

ARBEID De natuurkundige grootheid arbeid is het product van de afgelegde weg en de kracht in de richting van die afgelegde weg. Als je een berg op fietst, is de arbeid dus de afstand langs de weg tot de top maal de afzetkracht van de fiets tegen de weg. Door te schakelen verander je de totale afstand die je voeten met de pedalen afleggen en daardoor de kracht die je op de pedalen moet uitoefenen om boven te komen. Maar het product van die twee grootheden, jouw arbeid, blijft hetzelfde. Arbeid verrichten is energie omzetten. Als je spieren arbeid verrichten, wordt in je spieren de chemische energie van koolhydraten en/of vetten omgezet in ­bewegingsenergie en zwaarte-energie als je omhoog gaat. Bij het fietsen met ­constante snelheid over een horizontale weg wordt de bewegingsenergie door de tegengestelde arbeid van de wrijvingskrachten voortdurend omgezet in warmte. Hoe groter de afgelegde afstand en/of hoe groter de kracht van de spier, des te meer energie wordt er in de spier omgezet.


21

A

Menselijk lichaam 3 Voedingsstoffen en bewegen Begrijpen

Lang niet alle chemische energie uit het voedsel wordt door de spieren benut om arbeid te verrichten, want er komt altijd warmte bij vrij. Het rendement is veel lager dan 100%. Verschillende soorten voedsel bevatten verschillende hoeveelheden energie. Voedsel met veel suiker of vet bevat veel energie. Om bij het sporten geen ‘­hongerklop’ te krijgen, moet je genoeg eten. Want als de energievoorraad (bijna) op is kom je, bij hardlopen, fietsen of zwemmen bijvoorbeeld, niet meer vooruit (de ‘man met de hamer’). Voor een sporter is het ook belangrijk gevarieerd te eten. Zo worden de eiwitten uit het voedsel gebruikt om nieuwe spiervezels te maken, zodat je de ­volgende keer meer kracht kunt zetten. B Tijdens

een beweging verricht een kracht arbeid. spier zet door arbeid te verrichten energie uit voedsel om in bewegingsenergie en warmte.

B Een

Vermogen Bij de meeste sporten is niet alleen kracht maar ook snelheid van belang. De energie in de spieren moet daarom snel kunnen worden omgezet. Hoe sneller de voedingsstoffen in de spier worden omgezet in beweging, hoe beter de sporter presteert. Het vermogen is de hoeveelheid energie die per seconde omgezet wordt. Hoe groot het vermogen is dat een sporter maximaal kan leveren, is ook afhankelijk van de duur van de prestatie die geleverd moet worden. Voor heel kort durende sportprestaties, zoals speerwerpen, hoogspringen, kogelstoten en sprinten, is de maximale grootte en afstand van de spierkracht van het grootste belang. Bij deze sporters gaat het om de hoeveelheid spier­vezels en de grootte van de beweging die de spieren maken. Tijdens langer durende sportprestaties is het vooral van belang hoe goed het lichaam zuurstof en ­voedingsstoffen naar de spieren kan toevoeren en verbrandingsproducten kan ­afvoeren. Als de spieren geen voedingsstoffen krijgen om arbeid te verrichten, stopt de beweging ­uiteindelijk. En wanneer de verbrandingsproducten niet snel genoeg afgevoerd worden, ‘verzuurt’ de spier (de sporter moet ‘afzien’) en kan er spierkramp optreden.

Figuur 20  Zuurstofopnamevermogen getest

B Vermogen

is de arbeid die per seconde verricht wordt en is gelijk aan de ­hoeveelheid energie die per seconde wordt omgezet.

Hartslag en ademhaling Zodra je gaat sporten, gaan je ademhaling en je hartslag sneller. Dit is nodig omdat er maar weinig voedingsstoffen en zuurstof in de spieren zijn opgeslagen. Deze voorraad moet zo snel mogelijk worden aangevuld. De spier zal zuurstof ­opnemen en het zuurstofgehalte in het bloed in de spier zal afnemen. Wanneer dit wordt ­waargenomen, wordt er meer bloed naar de spier gestuurd en neemt de ademhaling toe om meer zuurstof in het bloed te krijgen. Bovendien gaat het hart sneller ­kloppen om meer bloed naar de longen en de spieren te laten stromen. Het energiegebruik wordt geschat aan de hand van het zuurstofverbruik (liters O2 per minuut) en de ­ademhalingsfrequentie. Een indirecte maat voor het energiegebruik is het hartritme. Deze methode is minder nauwkeurig dan de meting van de ademhaling, omdat de hartfrequentie door meer factoren wordt beïnvloed zoals stress en hormonen. B De

hartslagfrequentie en de frequentie van de ademhaling zijn een maat voor het vermogen dat een sporter levert.

Figuur 21  Hartslag


Experiment 13: Verband tussen vermogen en hartfrequentie Experiment 14: Verband tussen snelheid en kracht van een spier

Begrijpen 3 Voedingsstoffen en bewegen Menselijk lichaam

A

20  Waar of niet waar? Verbeter de onjuiste uitspraken. a b c d e f g

Een bodybuilder heeft meer spiervezels dan een gemiddeld persoon. Als een spier veel wordt gebruikt, worden de spiervezels sterker. Een spier verricht alleen arbeid, als hij zorgt voor beweging. Een spier zet voedsel om in warmte en beweging. Als je je biceps aanspant maar je arm beweegt niet, wordt alle energie omgezet in warmte. Als je hartslagfrequentie 2 × zo groot is, is je vermogen ook 2 × zo groot. Als je 2 × zo hard rent, moet je ook 2 × zo vaak per minuut inademen.

21  Kijk je naar de winnaar van een 100 m sprint (figuur 22) en de winnaar van een marathon (figuur 23), dan zie je grote verschillen. a Schat welk van deze twee sporters in zijn race de meeste arbeid heeft ­verricht. b Welk van deze twee sporters had in zijn race het grootste vermogen? c Welk van deze twee sporters heeft de meeste spiervezels? Leg uit waarom deze sporter de meeste spiervezels nodig heeft om te kunnen winnen. d Welk van deze twee sporters zal de meeste zuurstof en voedingstoffen naar de spieren toevoeren? e Leg de verschillen uit die je ziet tussen beide sporters.

22  Bij wielrennen worden verschillende soorten doping gebruikt. Twee populaire

Figuur 22  Sprinter

middelen zijn EPO en bloeddoping. EPO is een medicijn ontwikkeld voor nierpatiënten, dat zorgt voor aanmaak van extra zuurstof transporterende rode bloedcellen. Bij bloeddoping wordt een aantal weken voor een belangrijke wedstrijd bloed van de atleet afgenomen. Vlak voor de wedstrijd worden de rode bloedcellen daaruit via een infuus weer terug in het lichaam gebracht. Ook op deze manier zijn er extra zuurstof transporterende rode bloedcellen in het lichaam aanwezig. a Leg uit dat beide soorten doping zorgen voor betere prestaties. b Welke sporter zal deze soorten doping eerder gebruiken, een sprinter of een marathonloper? c Welke risico’s zullen er volgens jou zitten aan deze vormen van doping?

23  Je kunt op twee manieren hardlopen: heel snel kleine stappen maken of r­ ustiger grote stappen maken. Uiteindelijk kun je op hetzelfde moment over de finish komen. a Wat is volgens jou het verband tussen verrichte arbeid en spierkracht? b Leg uit op welk van deze twee manieren het vermogen dat de sporter levert het grootst is. c Bij welke methode zal het hart de meeste moeite hebben om de been­ spieren van bloed te voorzien? Of maakt dit niet uit?

Figuur 23  Marathonloper

Experiment 15: Longvolume

22


23

A

Menselijk lichaam 3 Voedingsstoffen en bewegen Beheersen

BEHEERSEN Kracht, arbeid en vermogen Er zijn veel manieren om de prestaties van een sporter te meten. Een kracht kan direct gemeten worden met een veerunster. De arbeid die een sporter verricht, is afhankelijk van kracht en beweging. Om de arbeid die een sporter verricht te berekenen, moet je dus zowel de kracht meten als de afstand die de sporter aflegt. Vervolgens bereken je de arbeid met: ​W = F ⋅ s​ Hierin is W de arbeid (in J), F de kracht (in N) en s de afgelegde afstand (in m). Vaak is het bij sporten niet alleen belangrijk dat je over de finish komt maar ook hoe snel je de finish bereikt. In dat geval wint de sporter die de arbeid in de kortste tijd verricht en dus het grootste vermogen levert: ​P = _ ​ W t   ​ Hierin is P het vermogen (in W), W de arbeid (in J) en t de benodigde tijd (in s).

Rendement Bij het verbranden van suikers en vetten in de spieren komt veel warmte vrij. Het ­rendement van de spieren is laag. Slechts ongeveer 20% van de energie die aan de ­spieren wordt toegevoerd, wordt daadwerkelijk gebruikt om arbeid te verrichten. De andere 80% gaat voornamelijk ‘verloren’ in de vorm van warmte. Als je de arbeid of het vermogen van een sporter hebt gemeten, kun je met behulp van het gegeven rendement berekenen hoeveel energie uit de voedingsstoffen is omgezet in de spieren: ​η = _ ​ W  ​​ ​Ei​  n​​ Hierin is η het rendement (in % of getal tussen 0 en 1), W de verrichte arbeid (in J) en Ein de energie in de vorm van voedingstoffen (in J). B Het

rendement is het deel van de energie dat nuttig wordt gebruikt.

Experiment 16: Rendement bepalen


Voedingsmiddel

Beheersen 3 Voedingsstoffen en bewegen Menselijk lichaam

Voedingswaarde (kcal)

glas water

0

kop thee/koffie zonder suiker

0

glas cola zero

0

plak ontbijtkoek glas cola

24

Voedingswaarde Een sporter moet extra veel eten. Een man verbrandt gemiddeld ongeveer 12,6 MJ aan chemische energie per dag, een vrouw ongeveer 10,5 MJ. Dit komt overeen met ongeveer 190 kJ per dag per kg lichaamsmassa voor mannen en 160 kJ voor v­ rouwen. Op het moment dat je intensief en langdurig sport, gaat je energiebehoefte flink omhoog. Per gram glucose die in de spieren wordt verbrand, wordt er 15,6 kJ aan energie omgezet.

65 90

glas halfvolle melk

110

bruine boterham met kaas

145

broodje hamburger met ui

230

broodje hotdog met saus

250

gevulde koek

260

saucijzenbroodje

270

broodje kroket

310

patatje met mayonaise

570

Figuur 24

A

C A LO R I E O F J O U L E Vaak wordt bij voedingsproducten en bij diëten de hoeveelheid energie weer­ gegeven in calorieën. De calorie is een oude eenheid voor energie. Eén calorie is de hoeveelheid energie die nodig is om één gram zuiver water één Kelvin (of 1 graad Celsius) te verwarmen. Dit komt overeen met 4,2 joule.

24  De paragraafvraag is: Waardoor wordt bepaald hoe goed een sporter ­presteert? Wat is het antwoord op deze vraag?

25  Twee identieke wielrenners rijden in een bergetappe een col op. De ­eerste wielrenner rijdt met een zwaar verzet. Hij legt per omwenteling van de ­trappers 8,0 m af. De tweede wielrenner draait een lichter verzet en legt per omwenteling slechts 3,5 m af. Beide wielrenners komen op precies hetzelfde tijdstip boven. a Welke wielrenner zette tijdens het fietsen de meeste kracht? b Welke wielrenner verrichtte tijdens het fietsen de meeste arbeid? c Welke wielrenner had het grootste vermogen? d Leg uit waardoor het toch voordelig is een kleiner verzet te draaien.

26  Een marathonloper verricht tijdens een marathon ongeveer 3,0 MJ aan arbeid. Het rendement van zijn spieren is 20%. a Hoeveel energie (ongeveer) moet het bloed aan de spieren leveren voor deze prestatie? Bij de verbranding van 1 gram glucose komt er 1,56 · 104 J vrij. b Bereken hoeveel gram glucose er in zijn spieren wordt omgezet, als hij al deze energie uit glucose haalt. Bij de verbranding van vet komt, in vergelijking met glucose, per gram 2 × zo veel energie vrij. c Als de gehele energie voor de marathon uit vetverbranding komt, hoeveel gram vet is deze marathonloper dan na afloop kwijt?


25

A

Menselijk lichaam 3 Voedingsstoffen en bewegen Beheersen

27  Karel (80 kg) heeft besloten niet meer op dieet te gaan, maar extra te gaan bewegen. Iedere keer als hij een tussendoortje neemt, loopt hij expres een aantal keren de trap op-en-neer, totdat hij alle energie van het tussen­doortje weer heeft verbruikt. De trap heeft 20 treden en elke tree is 18 cm hoog. Karel heeft een minimars gegeten van 19 g. De voedingswaarde per 100 g van zo’n mars zie je in de tabel van figuur 25. De vraag is hoeveel ­treden Karel de trap op moet lopen om de energie van een minimars om te zetten in zijn spieren. Het rendement van Karels spieren is 20%. a Hoeveel energie zit in een minimars opgeslagen? b Hoeveel energie van deze minimars wordt in een spier nuttig omgezet in arbeid? Bij het oplopen van de trap is de kracht die de beenspieren samen moeten leveren gelijk aan de zwaartekracht. c Hoeveel meter kan Karel met de energie van deze mars omhoog via de trap? d Wat is de conclusie: hoeveel treden moet Karel de trap oplopen om de energie van één minimars te verbranden?

Nutritionele informatie per 100 g mars energie

451 kcal 1896 kJ

eiwitten

3,7 g

koolhydraten waarvan suikers

69,4 g 63,4 g

vet waarvan verzadigde vetzuren

17,6 g 10,2 g

natrium

0,16 g

zout

0,41 g

Figuur 25

28  Studenten van de TU Delft hebben in 2013 een snelheidsrecord met de fiets gevestigd. Verschillende studenten hebben in Amerika in een gestroomlijnde ligfiets over een zoutvlakte gereden. De snelste reed uiteindelijk 133,78 km/h. a Leg uit waarom je bij deze fiets (zie figuur 26) kan zeggen dat de snelste fietser ook met de grootste kracht heeft getrapt, terwijl dat op een gewone fiets niet hoeft te kloppen. Bij de topsnelheid levert de fietser een vermogen van 280 W. b Bereken de totale tegenwerkende kracht bij die snelheid.

Figuur 26  Snelle fiets

h

29  Als je wandelt, gebruik je spierkracht om je zwaartepunt telkens iets omhoog te brengen. Bij iedere stap die je zet, gaat je zwaartepunt eerst een stukje naar beneden en vervolgens weer omhoog. Op het moment dat je op twee benen staat, is je zwaartepunt het laagst. Zie figuur 27 en 28. De wandelaar heeft een massa van 80 kg. a Bepaal met figuur 28 hoeveel cm het zwaartepunt van de wandelaar van figuur 27 iedere stap omhoog gaat. b Hoe groot is de arbeid die de beenspieren bij iedere stap moeten verrichten? c Bereken hoe groot de arbeid is die de wandelaar verricht als hij stappen maakt van 80 cm in plaats van 70 cm. d Bij welke manier van wandelen is het rendement het grootst: 100 m lopen met grote stappen (80 cm) of 100 m lopen met kleine stappen (70 cm)? Leg uit.

Z

Z

85 cm

Figuur 27  De gang van het zwaartepunt tijdens het wandelen Z

Δh

Z

85

85

h 35

35

85

h 35

85

35

Figuur 28  Hoogteverschil zwaartepunt bij het wandelen


Menselijk lichaam

4

A

26

Warmtehuishouding

ONTDEKKEN

Experiment 17: Huidtemperatuur Experiment 18: De vingerthermometer

Sporten is gezond maar ook vermoeiend. Je zweet als een otter wanneer je flink hebt gerend. Je lichaam doet er alles aan om niet oververhit te raken, want als je te warm wordt, worden alle eiwitten afgebroken, dus ook je spieren. Hoe probeert je lichaam ervoor te zorgen dat je niet oververhit raakt tijdens het sporten?

PA R AG R A A F V R A AG Hoe houdt het menselijk lichaam de lichaamstemperatuur constant?

BEGRIJPEN Warmte-evenwicht Een sporter presteert het beste als hij het niet te koud of te warm heeft. In de ideale situatie is de inwendige temperatuur 37 °C, dan werkt het lichaam het beste. Zolang je gezond bent, zorgt je lichaam ervoor dat je deze inwendige temperatuur hebt en houdt. Daar hoef je niet bij na te denken, dat gaat vanzelf. Wanneer de temperatuur oploopt, nemen je receptoren dit waar en zorgt je lichaam dat de inwendige temperatuur weer daalt. De warmtebalans is bij een gezond mens in evenwicht. Dit wil zeggen dat er evenveel warmte wordt geproduceerd als er aan de omgeving wordt afgestaan, zodat je inwendige temperatuur constant blijft. De meeste warmte die je produceert, komt van je spieren. Tijdens het sporten produceer je veel meer warmte dan wanneer je rustig stil zit. Dit komt doordat het ­rendement van spieren maar ongeveer 20% is. De overige 80% van de energie die in je spieren wordt omgezet, komt vrij in de vorm van warmte. Je kunt deze warmte op vijf verschillende manieren afvoeren: door geleiding, stroming, straling, verdamping en ademhaling. B Als

de warmteproductie in je lichaam en het warmteverlies in evenwicht zijn, is er sprake van warmtebalans in je lichaam. B Bij energieomzetting in de spieren komt ongeveer 80% van de energie vrij in de vorm van warmte.

Warmteverlies door straling Niet alleen als je sport maar ook als je slaapt, produceer je warmte. In je slaap is je lichaam vergelijkbaar met een kacheltje van ongeveer 90 W. Deze warmte v­ erlies je voor het grootste deel door straling. Ieder voorwerp zendt infraroodstraling uit. Hoe hoger de temperatuur van het voorwerp, hoe meer ­infraroodstraling het uitzendt en des te groter het energieverlies. Als je intensief sport, produceer je veel meer warmte. Je lichaam is dan vergelijkbaar met een kachel van 1200 W. Door een aantal aanpassingen kan je lichaam het warmteverlies door straling groter maken, bijvoorbeeld door meer bloed zo dicht mogelijk onder de huid te laten stromen. Je huid wordt dan warmer (en roder) en straalt daardoor meer warmte uit.


27

A

Menselijk lichaam 4 Warmtehuishouding Begrijpen

Katten reguleren warmteverlies door straling op een andere manier. Als een kat het koud heeft tijdens zijn slaap, rolt hij zich op. Zo is zijn stralende oppervlakte kleiner en koelt hij minder af. Heeft een kat het ’s zomers warm, dan kun je hem languit met gespreide poten in de schaduw zien liggen. Ook voor de mens geldt dit. Als je in een koud bed stapt, trek je je benen op. De stralende oppervlakte daalt dan van ongeveer 1,80 m2 tot 1,40 m2. B Het

warmteverlies door straling hangt af van de temperatuur van de huid en de grootte van het huidoppervlak dat kan stralen.

Warmteverlies door geleiding en stroming Tijdens het sporten verlies je warmte, doordat je de lucht om je heen opwarmt. Dit gebeurt door geleiding. Warmtegeleiding is het warmtetransport tussen twee voorwerpen die contact hebben. De warmte die in je spieren wordt geproduceerd en met het bloed wordt afgevoerd, gaat door geleiding door je huid naar buiten. ­Vervolgens wordt de lucht door geleiding vanuit de huid verwarmd. Als je je warme jas aandoet, duurt het even voordat je het ook echt warm krijgt. Dit komt doordat eerst alle lucht in je kleren moet worden opgewarmd. Wanneer na enige tijd die opgesloten lucht en al je kleren bijna dezelfde temperatuur hebben als je huid, ­verlies je nauwelijks nog warmte door geleiding. Ga je surfen met een wetsuit aan, dan loopt er eerst koud water in je pak. Het duurt dan langer tot je het niet meer koud hebt, doordat het verwarmen van een laagje water veel meer energie kost dan van een laagje lucht. Ga je in heel weinig kleren sporten, dan kan de warmte die je via geleiding hebt afgegeven aan de lucht via stroming verder worden afgevoerd. Je moet dan voortdurend verse lucht verwarmen vanuit je huid. Hoe groot de afkoeling door stroming is bij het sporten, hangt af van de stroomsnelheid van de lucht om je heen. Als je snel beweegt of als het hard waait, is de afkoeling als gevolg van luchtstroming groot. Zwem je in alleen een zwembroek of badpak in koud water, dan verlies je natuurlijk veel warmte door stroming van water langs je huid. Bij zwemmen in koud water moet je de geleiding van warmte van binnenuit je lichaam naar je huid zo veel mogelijk beperken. Volwassenen zijn dan in het voordeel; kleine kinderen zullen snel onderkoeld raken. B Warmte

gaat uit het lichaam naar buiten door geleiding door de huid. Deze warmtestroom neemt toe met het temperatuurverschil over de huid. B Warmteverlies door stroming kun je beperken door dichte kleding te dragen.

Figuur 29  Regulering warmteverlies bij katten


Begrijpen 4 Warmtehuishouding Menselijk lichaam

A

28

Warmteverlies door zweten De zichtbaarste manier van afkoeling is zweten. Als je stopt met hardlopen of fietsen, krijg je het vaak koud doordat je nog bezweet bent. Zo’n nat shirt voelt dan opeens heel koud aan. Het water in het natte shirt verdampt, waardoor het afkoelt en het temperatuurverschil met de huid groter wordt. Met transpireren raak je warmte kwijt, doordat water op je blote huid verdampt en daarbij warmte onttrekt aan je huid.

Figuur 30  Zweten bij het hardlopen

Verdampen betekent op moleculaire schaal dat de snelst bewegende watermoleculen in de vloeistof ontsnappen aan de aantrekkende krachten van de watermoleculen aan het oppervlak van de vloeistof. Hierdoor wordt de gemiddelde snelheid van de achterblijvende watermoleculen kleiner en de temperatuur van het water dus iets lager. De hoeveelheid warmte die je afstaat door zweten hangt af van vier factoren: E de oppervlakte van je huid die met zweet is bedekt; E de temperatuur van het water op je huid; E de luchtstroming langs het water op je huid; E de relatieve vochtigheid van de lucht: de verhouding van de hoeveelheid waterdamp in de langsstromende lucht en de hoeveelheid waterdamp bij verzadiging van die lucht. Het warmteverlies in rust is gemiddeld ongeveer 10 W/m2 en kan door zweten ­oplopen tot 400 W/m2 tijdens intensieve inspanning. B Als

water op je huid verdampt, verliest je lichaam warmte. warmteverlies door zweten hangt af van de temperatuur van het zweet, de relatieve vochtigheid van de langsstromende lucht, de luchtstroming en de grootte van het bezwete huidoppervlak.

B Het

Warmteverlies door ademhaling Vooral in een koude winter is deze vorm van warmteverlies te zien aan de wolkjes die je uitademt. De ingeademde lucht is opgewarmd en vochtiger geworden. Als je ­uitademt, koelt de vochtige warme lucht weer af en condenseert de waterdamp. Doordat je de ingeademde lucht verwarmt, verlies je energie. Maar vooral verlies je in de kou veel energie, doordat er in je longen water verdampt. Je longoppervlak is immers heel erg groot. Hoe kouder en droger de buitenlucht is, hoe meer de lucht in de ­longen opgewarmd wordt en hoe meer vocht er in de longen verdampt. Het warmte­verlies zal dan dus groter zijn.

Figuur 31  Warmteverlies bij ademhaling

Hoeveel warmte je verliest via de ademhaling hangt niet alleen af van de omgevingstemperatuur en de relatieve vochtigheid van de buitenlucht, maar ook van je inspanning. Tijdens het sporten heb je meer zuurstof nodig en ga je dieper en sneller ademhalen. Er zal dan meer warmte verloren gaan. Het ademvolume, de hoeveelheid lucht die je in een minuut in- en uitademt, stijgt van ongeveer 20 L in rust tot wel 120 L bij grote inspanning. B Warmteverlies

door ademhaling hangt onder andere af van de inspanning van de sporter, de temperatuur en de relatieve vochtigheid van de ingeademde lucht.


29

A

Menselijk lichaam 4 Warmtehuishouding Begrijpen

30  Waar of niet waar? Verbeter de onjuiste uitspraken. a b c d e f g h

Een sporter (behalve een zwemmer) raakt zijn warmte kwijt door ­verdamping en zweten. Als je meer warmte produceert dan je kwijtraakt, krijg je koorts. In foetushouding krijg je het minder snel koud. Wanneer je sport, raak je meer warmte kwijt dan wanneer je slaapt. Een sporter kan op vier verschillende manieren warmte kwijtraken. Een sporter raakt alleen warmte kwijt door verdamping als hij zweet. Een sporter raakt warmte kwijt, doordat de uitgeademde lucht warmer is dan de lucht die hij inademt. Als een hardloper een banaan eet met een energie-inhoud van 0,5 kJ, gebruikt hij daarvan slechts 0,1 kJ om vooruit te komen.

31  Als mensen zich schamen, gaan ze vaak blozen. Raak je hierdoor onderkoeld? 32  Marathonlopers krijgen na de finish vaak een aluminium dekentje om. Leg uit waarvoor men dat doet.

33  In de winter doe je een dikke winterjas aan en in de zomer soms alleen zwemkleding. Geef voor elk van de vijf vormen van warmteverlies aan of die het grootst is in de winter of in de zomer. Geef ook uitleg.

34  Als je in de winter in een binnenbad gaat zwemmen, ervaar je de temperatuur

35  In figuur 33 zie je een diagram voor kledingadvies. Hoe kouder het is, hoe ­eerder je extra warme kleding (keep warm) wordt aangeraden. a Leg uit waardoor je bij zware inspanning in Nederland bijna nooit de ­kleding uit de groep ‘keep warm’ nodig hebt. b Leg uit of het transport van warmte via stroming en geleiding bij gelijke temperatuur toeneemt, afneemt of gelijk blijft bij toenemende inspanning.

36  Zodra je begint met sporten, neemt je warmteproductie toe. Ook enkele v­ ormen van warmteverlies worden dan automatisch hoger. Welke soorten warmteverlies nemen automatische toe als je gaat sporten? Leg uit.

Figuur 32  Warmteverlies beperken door aluminium dekentje

30°C

20°C

TEMPERATUUR

STAY COOL

10°C

0°C

BE ACTIVE

-10°C

-20°C

-30°C

KEEP WARM GEEN

LICHT

GEMIDDELD

INSPANNING

op verschillende momenten verschillend. Geef in de volgende situaties aan of de omgeving op dat moment warm of koud aanvoelt en wat de belangrijkste manier is waarop je warmte verliest. a Je komt het zwembad binnen en betaalt bij de kassa. b Je kleedt je om in een kleedruimte. c Je springt het zwembad in. d Je zwemt hard door het bad. e Je bent via een tunnel naar het buitenbad gezwommen. f Je klimt het zwembad uit. g Je staat onder de douche. h Je loopt van de douche naar de kleedruimte. i Je hebt je net afgedroogd in de kleedkamer. j Je loopt met je winterjas de kleedkamer uit op weg naar huis.

ZWAAR

Figuur 33  Kledingadvies afhankelijk van temperatuur en inspanning


Beheersen 4 Warmtehuishouding Menselijk lichaam

A

30

BEHEERSEN Warmteverlies door straling De hoeveelheid energie die een sporter verliest in de vorm van straling, hangt af van de temperatuur. Hoe hoger de temperatuur van de huid, des te meer infrarood­ straling de huid uitzendt. Hoeveel warmte je hierdoor verliest, is afhankelijk van de ­oppervlakte en de temperatuur van de uitstralende huid. Het verband luidt: ​P = σ ⋅ A ⋅ ​T​  4huid  ​ ​  Hierin is P de hoeveelheid energie die je per seconde verliest door straling (in W), σ de constante van Stefan-Boltzman (5,67·10−8 W/(m2·K4)), A de stralende oppervlakte (in m2) en Thuid de temperatuur van de huid (in K). Doordat er ook warmtestraling vanuit de omgeving met temperatuur Tomg geabsorbeerd wordt, is het nettoverlies: ​Pn​  etto​​ = σ ⋅ A ⋅ ​(​T​  4huid  ​ − ​ ​  T​  4omg  ​ )​  ​

Warmteverlies door verdamping Bezigheid

Warmteproductie (W/m2)

slapen

46

zitten

58

typen

70

staan

81

wandelen 3 km/h

116

wandelen 5 km/h

151

rustig hardlopen 7 km/h

232

hardlopen 10 km/h

580

fietsen 20 km/h

220

fietsen 40 km/h

700

Figuur 34  Gemiddelde waarden van de warmte­productie

Als water op je lichaam verdampt, wordt energie aan je lichaam onttrokken. De ­verdampingswarmte van water bedraagt (zie Binas) 2,26 ·106 J/kg. Dit betekent dat je 2,26 MJ nodig hebt om 1 kg water te laten verdampen. Voor het warmteverlies door verdamping geldt: m ​ ​ ​P = ​c​ w​​  ⋅ ​ _ t Hierin is P de hoeveelheid energie die je per s verliest (in W), cw de verdampingswarmte van water (in J/kg), m de massa van het verdampte water (in kg) en t de tijd waarin dit water verdampt is (in s). De warmteproductie bij verschillende activiteiten wordt gemeten in W/m2. Hierbij is de huidoppervlakte de bepalende factor. Voor een standaard-man is dat 1,8 m2 en voor een standaard-vrouw 1,6 m2.


31

A

Menselijk lichaam 4 Warmtehuishouding Beheersen

Warmteverlies door ademhaling Het warmteverlies door ademhaling is afhankelijk van twee factoren. Ten eerste moet de lucht die je inademt worden opgewarmd. Hierbij mag je aannemen dat de uit­ geademde lucht 34 °C is. Dit warmteverlies kun je berekenen met: ​Q = c ⋅ m ⋅ ΔT​

Het warmteverlies door ademhaling wordt op de tweede plaats veroorzaakt doordat de uitgeademde lucht meer waterdamp bevat dan de ingeademde lucht. De hoeveelheid waterdamp in de lucht kun je bepalen door de temperatuur van de lucht en de relatieve vochtigheid te meten. De relatieve vochtigheid meet je met een hygrometer. Zie figuur 35. De relatieve vochtigheid is de verhouding tussen de werkelijk aanwezige hoeveelheid waterdamp (in g/m3) in de lucht en de maximale hoeveelheid bij dezelfde temperatuur. De ‘maximale hoeveelheid waterdamp’ betekent dat als er nog meer waterdamp in die lucht gebracht wordt, er condensatie optreedt. Bij een relatieve vochtigheid van 100% condenseert er per s per m2 wateroppervlakte net zo veel waterdamp als er water verdampt. Er is dan sprake van evenwicht: de lucht is verzadigd met waterdamp. De hoeveelheid waterdamp per m3 lucht bij verzadiging neemt snel toe met de temperatuur. Zie figuur 36. In Nederland is de relatieve vochtigheid buiten meestal ongeveer 70%, maar in verwarmde ruimten veel lager.

Figuur 35  Hygrometer. Achter de wijzerplaat trekt een veertje de wijzer naar rechts en een mensenhaar trekt hem naar links. Bij een grotere relatieve vochtigheid wordt een mensenhaar iets langer en beweegt de wijzer naar rechts. waterdampdichtheid (g/m3)

Hierin is Q het warmteverlies (in J), c de soortelijke warmte van lucht (in J/(kg·K)), m de massa van de ingeademde lucht (in kg) en ΔT het temperatuurverschil tussen de ingeademde en uitgeademde lucht (in °C of K).

48 44 40 36 32 28 24 20 16 12 8 4 0

-20

-10

0

10 20 30 40 luchttemperatuur T (°C)

Figuur 36  Waterdampdichtheid bij verzadiging

Het warmteverlies door ademhaling bereken je door zowel van de ingeademde lucht de temperatuur en de relatieve vochtigheid te meten als van de uitgeademde lucht. Ook meet je het volume van de in- en uitgeademde lucht.

ZO N N E S T E E K Als je lichaam de warmte niet meer goed kan afvoeren, kun je een zonnesteek krijgen. De temperatuur in je hersenen loopt dan te hoog op. Op dat moment is de warmtetoevoer door sporten of door zonnestraling zo groot dat het lichaam dit niet meer kan compenseren. De meeste mensen die een zonnesteek oplopen, hebben op een zeer warme, zonnige dag te weinig gedronken. Hierdoor kan het lichaam de warmte niet meer afvoeren via zweten. Een zonnesteek kun je voorkomen door het dragen van een T-shirt en pet. Bovendien moet je minimaal 2 L water per dag drinken.

R E K E N VO O R B E E L D Een sporter ademt per minuut 40 L lucht in en uit. De ingeademde lucht heeft een relatieve vochtigheid van 60% en een temperatuur van 20 °C. De uitgeademde lucht heeft een temperatuur van 30 °C en een relatieve vochtigheid van 90%. Vraag: Bereken hoeveel water er per minuut verdampt in de longen van deze sporter. Antwoord: Bij 20 °C kan de ingeademde lucht maximaal 15 g waterdamp per m3 bevatten (figuur 36). Bij een relatieve vochtigheid van 60% bevat de ingeademde lucht 15 × 0,60 = 9,0 g/m3. Bij 30 °C kan de uitgeademde lucht maximaal 27 g waterdamp per m3 lucht bevatten. Bij een relatieve vochtigheid van 90% is dit 24,3 g/m3. De uitgeademde lucht bevat 24,3 − 9,0 = 15,3 g/m3 meer waterdamp dan de ­ingeademde lucht. De hoeveelheid water die in de longen is ­verdampt, is dus: m = 15,3 × 40·10−3 = 0,61 g


Beheersen 4 Warmtehuishouding Menselijk lichaam

A

32

Warmtebalans Experiment 19: Relatieve vochtigheid

De verschillende manieren van warmteverlies van het lichaam zorgen er samen voor dat de inwendige temperatuur constant blijft: het lichaam verliest evenveel warmte als het zelf produceert. De extra geproduceerde warmte tijdens sporten wordt ­afgevoerd doordat je ademhaling sneller gaat, je huid warmer wordt en je gaat zweten.

37  De paragraafvraag is: Hoe houdt het menselijk lichaam de lichaams­ temperatuur constant? Wat is het antwoord op deze vraag?

38  Veel dieren in het arctisch gebied zijn groter dan soortgelijke dieren in warmere streken. Zo zijn ijsberen groter dan grizzly beren. a Leg uit dat dit een evolutionair voordeel is aan de hand van de grootte van het huidoppervlak en het stralingsvermogen. Woestijnvossen hebben voor hun formaat zeer grote oren. b Leg uit welke vorm van warmtetransport hierdoor groter of kleiner is.

39

a b

vermogen P (W)

c

IV

I II III

Bereken hoeveel warmte een standaard-man met een lichaams­ temperatuur van 37 °C per seconde uitstraalt. Bereken het netto-verlies aan stralingswarmte in watt van een standaardvrouw met een lichaamstemperatuur van 37 °C bij een buitentemperatuur van 5 °C. Een wandelaar verliest tijdens een wandeling van 2,0 h door verdamping 0,50 L water. Bereken hoe groot het warmteverlies per seconde door verdamping is.

40  In figuur 37 worden in één diagram met vier grafieken de warmteverliezen als gevolg van ademhaling, geleiding, straling en zweten weergegeven. a Geef aan welke grafiek bij welke vorm van warmteverlies hoort. b Leg uit welke temperatuur bij punt A hoort te staan. c Leg uit wat het betekent als het warmteverlies negatief is (grafiek I), en leg uit hoe dit komt.

41  Een marathonloper loopt in 4 uur en 12 minuten de marathon. De marathon is

0 A temperatuur Tomgeving (°C)

Figuur 37  Warmteverliezen

42 km en 195 m lang. Tijdens deze marathon valt hij 4,0 kg af door te zweten. a Bereken hoeveel warmte de marathonloper is kwijtgeraakt door het ­verdampen van zweet. b Hoeveel procent van de totale hoeveelheid afgevoerde warmte is de loper kwijtgeraakt door te zweten? Gebruik daarbij de tabel van figuur 34. c Leg met een berekening uit of het mogelijk is dat alle overige warmte die de loper is kwijt­geraakt verloren is gegaan door straling. d Als de spieren van de marathonloper een rendement van ongeveer 20% hebben, hoeveel energie is er dan tijdens de marathon omgezet in arbeid? e Bereken de gemiddelde kracht van de beenspieren van de marathonloper.

42  Na een lange dag wandelen is Merel eindelijk op de camping aangekomen en zet haar tentje op. Het is een mistige, koude avond en de temperatuur daalt tot rond de 10 °C. De relatieve vochtigheid bij die temperatuur is 100%. Merel krijgt het koud en besluit in haar slaapzak te gaan liggen. Haar huidoppervlakte is 1,6 m2.


33

A

Menselijk lichaam 4 Warmtehuishouding Beheersen

Bereken hoeveel warmte Merel kwijtraakt als gevolg van straling in de ­eerste seconde dat ze in de slaapzak ligt. b Leg uit waarom Merel geen warmte kwijtraakt door te zweten. Neem aan dat 60% van alle warmte die Merel verliest eerst door de slaapzak, die al een tijdje in de tent ligt, wordt opgenomen. Deze donzen slaapzak, net zo lang als Merel en 10 cm dik, kun je je voorstellen als een laag stilstaande lucht van 10 cm over de gehele lichaamsoppervlakte van Merel. c Hoe lang duurt het totdat de slaapzak genoeg warmte heeft opgenomen en net zo warm is als Merels huid? d Maak een schatting met hoeveel procent Merel haar warmteverlies kan beperken als ze in foetushouding in haar slaapzak gaat liggen in plaats van gestrekt. a

Experiment 20: Afkoeling van de huid

43  Bijna alle sporters hebben voordat ze beginnen met sporten nog een ­trainingspak aan. Ook direct na het sporten doen ze weer extra kleding aan. a Leg uit waardoor sporters na hun activiteit extra kleding aandoen. b Welke warmteverliezen vormen een gevaar voor afkoelen na het sporten? c Welke vorm van warmteverlies is ná het sporten wel groot maar vóór het sporten niet? d Wanneer is het gevaar van onderkoeling groter, vlak vóór of vlak ná een grote inspanning? Leg uit.

44  Paul en Fatima gaan samen fietsen. Ze doen een rondje van 65 km met een

45  Ferona ligt heerlijk te slapen. Ze ademt tijdens haar slaap zo’n 8 × per minuut en ademt dan steeds 3,0 L lucht in. Op haar slaapkamer is het 17 °C en de relatieve vochtigheid is 71 % (zie punt A in figuur 38). a Bereken hoeveel energie Ferona per minuut kwijtraakt, doordat de uitgeademde lucht 30 °C is. b Bereken hoeveel energie Ferona per minuut kwijtraakt, doordat de relatieve vochtigheid (van de uitgeademde lucht) is opgelopen naar 90%. c Hoeveel procent van haar warmte raakt Ferona kwijt door haar adem­ haling? d Bereken hoeveel procent van haar warmte Ferona kwijtraakt door haar ademhaling als ze in een tentje slaapt waar het slechts 5 °C is en de relatieve vochtigheid 85%.

waterdampdichtheid (g/m3)

gemiddelde snelheid van 40 km/h. De huidoppervlakte van Paul is 1,8 m2 en van Fatima 1,6 m2. a Paul is tijdens dit rondje 400 mL vocht kwijtgeraakt. Bereken hoeveel ­procent van zijn warmte hij via zweten is kwijtgeraakt. b Het is tijdens het fietsen buiten ongeveer 15 °C. Bereken hoeveel procent van de warmte Paul netto kwijtraakt door middel van straling. c Leg uit of Quinten meer of minder vocht zal zijn kwijtgeraakt tijdens dit rondje fietsen.

48 44 40 36 32 28 24 20 16 12 8 4 0

A

-20

-10

0

10 20 30 40 luchttemperatuur T (°C)

Figuur 38  Waterdampdichtheid bij verzadiging


Menselijk lichaam

5

A

34

Verdieping

Elektrische geleiding van het hart

boezems

Het hart is ontspannen, de boezems stromen vol bloed

Veel sporters dragen tijdens trainingen een hartslagmeter. Dit instrument geeft gedurende de training de frequentie van de hartslag weer, die een goede indicator is voor de inspanning. De frequentie van de hartslag kan makkelijk gemeten worden, doordat het hart elektrisch wordt aangestuurd. Je kunt met elektroden op de huid het aantal pulsen meten en dit aflezen op een horloge.

D E H A RTC YC LU S Het hart is een grote holle spier die uit vier ruimtes bestaat. Bovenin bevinden zich de twee hartboezems, die het bloed verzamelen en door samentrekken het bloed in de hartkamers pompen. Zie figuur 39. De kamers bevinden zich onderin het hart en trekken zich daarna samen. Zo wordt het bloed het lichaam ingepompt.

De boezems trekken samen, het bloed wordt naar de kamers gestuwd

kamers

De kamers trekken samen en pompen het bloed uit het hart

De aansturing van het hart gebeurt dus elektrisch. De elektrische signalen kun je ook buiten het lichaam registreren. Dit gebeurt in een ECG: een elektrocardiogram. Het ECG kun je meten door geleidende elektroden op het lichaam te plakken, minimaal één aan de linkerkant en één aan de rechterkant van het hart. Op deze manier kun je de spanning van de actiepotentialen in de zenuwvezels zichtbaar maken.

Figuur 39  Hartcyclus sinusknoop

prikkeling van de boezems

AV-knoop

prikkeling van de kamers

herstelfase

Figuur 40 R

T

P

Q S

Figuur 41  Elektrocardiogram

Het hart wordt aangestuurd door zenuwsignalen. Deze signalen komen niet vanuit het centrale zenuwstelsel maar worden in het hart zelf geproduceerd. In de rechterboezem bevindt zich een groepje zenuwcellen, de sinusknoop, die het elektrische ­signaal geven waarmee de samentrekking van het hart begint. Zie figuur 40. Dit ­signaal wordt door zenuwen verspreid over beide boezems en gaat naar de AV-knoop, tussen de boezems en de kamers. Dit groepje cellen geeft het signaal vertraagd door aan de spiercellen in de kamers. Doordat de AV-knoop het elektrische signaal even vasthoudt, trekken eerst de boezems en daarna pas de kamers samen.

In een ECG kun je een aantal fasen onderscheiden. Eerst is er de P-top, die begint wanneer het signaal van de sinusknoop wordt versterkt, doordat het wordt overgenomen door alle zenuwen die de boezemspieren aansturen. Daarna komt het QRS-complex: de samentrekking van de kamers. Deze spanningspiek is veel hoger dan die van de samentrekking van de boezems. Dat komt doordat geleidende bundels ervoor zorgen dat alle spiercellen in de kamers tegelijk een actiepotentiaal ontvangen en dus tegelijk aanspannen. Daarna zie je in het ECG ook nog de T-top. Dit is het moment dat de kamers weer ontspannen. De afstand tussen de P-piek en het QRS-complex geeft aan hoeveel de AV-knoop de geleiding vertraagd heeft. De hele cyclus wordt bepaald door zenuwcellen in het hart die reageren op bloeddruk, zuurstofgehalte en de hoeveelheid afvalstoffen. Hoe snel zenuwcellen in de sinusknoop weer een nieuwe actiepotentiaal aanmaken, wordt ook beïnvloed door signalen vanuit de hersenen en de aanwezigheid van hormonen (bijvoorbeeld het hormoon adrenaline). Maar het hart blijft altijd doorpompen, ook als er geen signalen vanuit het centrale zenuwstelsel komen.


35

A

Menselijk lichaam 5 Verdieping

EEN AED Als het hart niet meer goed werkt, komt dit vaak doordat de elektrische geleiding in het hart is verstoord. De elektrische signalen tussen de boezem en de kamer of in de kamer zelf worden dan niet meer goed doorgegeven. Door dit verstoorde signaal trekken de hartcellen zich niet goed samen of niet in de juiste volgorde en pompt het hart te weinig of geen bloed meer rond. Als reactie gaat de frequentie omhoog, echter zonder betere pompwerking van het hart. Het hart fibrilleert dan. Dit kan meestal worden verholpen door het hart te ‘resetten’ door het een flinke schok te geven. De zenuwcellen ervaren dit als een actiepotentaal en moeten na de schok hun ion-concentraties weer herstellen. Hierna zijn alle zenuwen op hetzelfde moment weer klaar voor gebruik. Meestal is dit voldoende en functioneert de hartspier vervolgens weer op de goede manier. Omdat het belangrijk is dat een haperend hart snel weer bloed gaat ­rondpompen, hangt op veel plekken een AED: Automatische Externe Defibrillator. Dit is een ­apparaat dat met enkele elektroden op de borst van de patiënt een schok geeft waardoor het hart opnieuw kan opstarten.

46  De spanning die geregistreerd wordt in een ECG, wordt veroorzaakt door de

Figuur 42  Een AED

Experiment 21: Een ECG opnemen

spanningspieken in de hartzenuwen. a Leg uit waarom je minimaal twee elektroden nodig hebt om een ECG te kunnen opnemen. b Als je de elektroden op een andere plaats plakt, zijn de hoogtes van de ­verschillende pieken verschillend maar de tijd tussen de pieken niet. Leg uit waardoor deze tijd gelijk blijft.

47  Als je goed naar een ECG kijkt, kun je daar meer uit afleiden dan alleen de ­frequentie van de hartslag. a De actiepotentiaal van een zenuwcel is altijd gelijk. Leg uit hoe het komt dat de spanning bij de P-top veel lager is dan bij het QRS-complex. b Leg uit waardoor de oppervlakte onder de T-top even groot is als onder het QRS-complex. c Leg met behulp van de spanning in een actiepotentiaal uit waardoor een ECG ook negatieve pieken kan hebben (bij Q en S).

48  De hartslag kan variëren van 50 slagen per minuut tot wel 200. Toch is de duur van de P-piek altijd hetzelfde. Leg uit waardoor de P-piek niet korter kan duren.

Gevoelstemperatuur De dagen met de laagste temperatuur zijn voor je gevoel niet altijd de koudste dagen in de winter. In de luwte is het al snel aangenaam, terwijl het op een winderige straathoek ijskoud aan kan voelen. Een ijskoude windstille dag voelt minder koud dan een dag rond het vriespunt met storm. Om iets te kunnen zeggen over hoe koud het aanvoelt, is de gevoelstemperatuur bedacht. De gevoelstemperatuur geeft een maat voor het gevoel van kou dat de mens ondervindt in koude lucht met veel wind. Het geeft aan hoe koud het aanvoelt vergeleken met een windstille dag.

Experiment 22: Gevoelstemperatuur


5 Verdieping Menselijk lichaam

A

36

De gevoelstemperatuur hangt af van de windsnelheid en de werkelijke temperatuur. Hoe harder het waait, hoe kouder het aanvoelt, hoe lager de gevoelstemperatuur. De gevoelstemperatuur heeft alleen voor de mens betekenis. Een voorwerp kan het niet koud hebben. Wel zal als het hard waait een waterleiding sneller bevriezen, doordat de wind sneller warmte afvoert. Maar de waterleiding zal nooit bevriezen bij temperaturen boven nul, hoe hard het ook waait.

Figuur 43

In de tabel van figuur 44 kun je aflezen dat het op een dag met een gemeten ­temperatuur van 0 °C en een windsnelheid van 11 m/s net zo koud aanvoelt als op een windstille dag met een temperatuur van −16 °C. De gemeten temperatuur is de temperatuur bij windstilte (0 m/s), die lees je af op de bovenste regel van de tabel. Bij 0 °C ga je verticaal naar beneden tot je tussen de windsnelheden van 10 en 12 m/s afleest dat de gevoelstemperatuur tussen −15 en −17 °C ligt. De tabel van figuur 44 geeft een beeld van hoe koud het op zo’n gure winterdag aanvoelt. De gevoelstemperatuur kan niet ­worden ­gemeten. Er is alleen een tabel samengesteld door (veel) mensen te ­vragen hoe koud het aanvoelt. Windsterkte Windsnel­-

Gevoelstemperatuur (°C)

in Beaufort heid (m/s)

0

0

8

6

4

2

0

-2

-4

-6

-8 -10 -12 -14 -16

2

2

7

5

3

1

-1

-3

-5

-7

-9 -11 -13 -15 -17

3

4

3

1

-2

-4

-7

-9 -11 -14 -16 -19 -21 -23 -26

4

6

0

-2

-5

-8 -10 -13 -16 -19 -21 -23 -26 -29 -31

5

10

-3

-6

-9 -12 -15 -18 -21 -24 -27 -30 -33 -35 -38

6

12

-5

-8 -11 -14 -17 -20 -23 -26 -29 -32 -35 -38 -41

7

16

-6

-9 -12 -15 -19 -22 -25 -28 -31 -34 -37 -40 -44

8

20

-7 -10 -13 -16 -20 -23 -26 -29 -32 -36 -39 -42 -45

9

24

-7 -10 -14 -17 -20 -23 -27 -30 -33 -36 -39 -43 -46

10

26

-7 -10 -14 -17 -20 -23 -27 -30 -33 -36 -39 -43 -46

Figuur 44

49  Leg uit met welke vorm van warmteverlies de gevoelstemperatuur samenhangt.

50  Leg uit waardoor alleen in de winter de gevoelstemperatuur wordt genoemd en niet op een zeer winderige tropische dag.

51  De gevoelstemperatuur (zie figuur 44) houdt geen rekening met neerslag. a b c

Lees in figuur 44 de gevoelstemperatuur af bij een gemeten temperatuur van 4 °C en een windsnelheid van 6 m/s. Leg uit hoe de gevoelstemperatuur met neerslag rekening zou kunnen houden. Is de invloed van de neerslag op de gevoelstemperatuur bij een temperatuur boven 0 °C gelijk aan de invloed onder 0 °C?


37

A

6

Menselijk lichaam

Afsluiting

HOOFDSTUKVRAAG EN SAMENVATTING 52  De hoofdstukvraag is: Hoe zorgt het menselijk lichaam ervoor dat je gezond kunt sporten? a Geef een uitgebreid en compleet antwoord op deze vraag. b Geef aan hoe jij je anders zou voorbereiden op een lange duurloop na het bestuderen van dit hoofdstuk.

53  Maak een samenvatting van dit hoofdstuk door antwoord te geven op de ­volgende vragen: a Noem drie grootheden die een rol spelen bij de homeostase in het ­menselijk lichaam. b Noem de grootheden die de mens met zijn zintuigen kan waarnemen. c Wat is het verschil tussen een zintuig en een receptor? d Noem drie grootheden die receptoren in het menselijk lichaam kunnen waarnemen. e Waar bevinden zich alle celkernen van zenuwen die spieren aansturen? f Hoe wordt een signaal van de zintuigen via de zenuwen getransporteerd? g Welke drie functies heeft de bloedstroom? h Noem minstens één verschil en één overeenkomst tussen zenuwen en ­hormonen. i Leg uit waarom de longfrequentie een slechtere maat voor de inspanning is dan de frequentie van de hartslag. j Wat is het verschil tussen een reflex en een reactie? k Wat is het verband tussen kracht en arbeid? l Wat is het verband tussen arbeid en vermogen? m Wat is het verband tussen spierkracht en het aantal spiercellen? n In welke vormen van energie zetten spieren de energie uit voedingsstoffen om? o Op welke vijf manieren verliest het menselijk lichaam zijn warmte? p Wat is het verband tussen de stralingswarmte die het lichaam uitstraalt en de temperatuur? q Wat gebeurt er met het menselijk lichaam als de warmtebalans niet in evenwicht is? r Welke maatregelen treft het lichaam om de inwendige lichaams­ temperatuur niet te veel te laten stijgen als iemand intensief gaat sporten? s Leg uit welke manieren om warmte kwijt te raken in het lichaam vooral afhangen van de omgevingstemperatuur en welke vooral van de lucht­ stroming om het lichaam.

Begrippenkaart Ga na of je van elk begrip goed weet wat het betekent. Formules, grootheden en eenheden Noteer bij elk symbool in de formule de naam van de grootheid en eenheid. Vermeld in welke situatie(s) de formule gebruikt wordt. Samenvatting Bestudeer de samenvatting. Diagnostische toets Test je kennis over dit katern.

Keuzeonderwerpen 1 Doping in de sport 2 Sporten om af te vallen 3 Sportkleding 4 Model voor warmtehuishouding 5 Duurvermogen


6 Afsluiting Menselijk lichaam

A

EINDOPGAVEN 54  Als je meer dan 1 uur sport is het belangrijk tijdens het sporten te eten en te drinken om de tekorten aan te vullen. Tijdens een 3 uur durende etappe levert een wielrenner een gemiddeld vermogen van 260 W. Het rendement van de spieren is 23%. Tijdens of na de tocht moet de energie aangevuld worden met voedsel. De verbrandingswarmte van glucose is 15,6 kJ/g. a Bereken hoeveel gram glucose de wielrenner moet eten om het energie­ verlies van deze etappe aan te vullen. b Bereken hoeveel warmte de wielrenner tijdens deze etappe produceert. c Bereken hoeveel zweet de wielrenner tijdens deze etappe produceert als je er vanuit gaat dat 50% van de warmteafvoer door zweten wordt veroorzaakt. Een jaar later wordt precies dezelfde etappe gefietst tijdens een hittegolf. Hierdoor wordt bijna alle warmte afgegeven door verdamping van zweet. d Bereken hoeveel extra water de wielrenner moet drinken tijdens de race.

55  Een marathonloper loopt de marathon in 2 uur en 10 minuten. De marathon-

Figuur 45  De finish

loper levert daarbij een mechanisch vermogen van 35 W. a Bereken hoeveel arbeid de marathonloper geleverd heeft. b Hoeveel energie moet de hardloper na afloop aanvullen? c Hoeveel benzine zou een auto met een rendement van 28% verbruiken als deze dezelfde arbeid verricht?

56  Een bloeddonor mag per keer maximaal 500 mL bloed afgeven. a b

Hoeveel procent van het totale bloedvolume is dit bij de gemiddelde man? De prestaties bij het sporten na een bloeddonatie zijn een stuk minder. Leg uit waardoor dit komt.

57  Bijna ieder jaar vindt het Nederlands kampioenschap traplopen plaats. Lange tijd werd dit kampioenschap in het gebouw van Nationale Nederlanden in Rotterdam gehouden. In dit gebouw rennen de deelnemers zo snel mogelijk via 745 treden naar 140 m hoogte. Hierbij leggen ze in totaal een afstand van 1471 m af. Jaco, de winnaar van het laatste kampioenschap, was in 6 min en 51,4 s boven. Jaco weegt 68 kg, is 1,75 m lang, is 24 jaar oud en had tijdens de race een gemiddelde hartslag van 178 slagen per minuut. Zijn longinhoud is 4,7 L en zijn hart verpompt per slag 60 mL bloed. Zijn huidoppervlakte is 1,8 m2. In het trappenhuis was het dankzij de airconditioning 18 °C. a Bereken de arbeid die Jaco tijdens deze wedstrijd verricht. b Bereken de arbeid die Jaco per traptrede verricht. c Bereken het vermogen van Jaco. d Bereken de gemiddelde spierkracht van Jaco. e Bereken hoeveel warmte Jaco tijdens de race kwijtraakt door straling. f Hoeveel liter bloed is er tijdens deze race door Jaco’s hart verpompt? g Bereken het totale bloedvolume van Jaco. h Bereken hoeveel keer zijn totale bloedvolume gemiddeld door zijn hart is verpompt tijdens de wedstrijd.

38


39

A

Menselijk lichaam 6 Afsluiting

58  Tijdens de Tour de France moeten de wielrenners enkele etappes rijden in de Alpen. Zij klagen dan over de nadelen die ze ondervinden van de ijle lucht. a Noem de tegenwerkende krachten die de spieren van de wielrenner ­moeten overwinnen. b Leg uit wat dat betekent voor de zuurstofbehoefte van de renner. c Leg uit waardoor de lage luchtdruk voor deze wielrenners een probleem is. Toch heeft een lage luchtdruk ook een voordeel. d Leg uit welk voordeel dat is. e Leg uit van welke factoren het afhangt hoe groot dat voordeel is. Een nieuw wieleruurrecord rijden gebeurt vaak op hoog gelegen wielerbanen. f Leg uit waardoor wielrenners tijdens hun recordpoging meer voordeel dan nadeel ondervinden van de lage luchtdruk. Dat grotere voordeel geldt blijkbaar niet voor de renners in de Alpen. g Leg uit waardoor het nadeel voor deze renners groter is dan het voordeel.

Figuur 46  Klimmen met de fiets


Leerdoelen Menselijk lichaam

A

Leerdoelen Ga voor jezelf na of je de leerdoelen al hebt bereikt. Vink de leerdoelen die je hebt bereikt af en geef aan wat je gaat doen met de uitleg en opdrachten waarmee je nog moeite hebt.

PA R AG R A A F 2 WA A R N E M E N E N R E AG E R E N Ik kan:

Acties:

de volgende begrippen beschrijven en toepassen: zintuig, receptor, zenuwstelsel, signaaltransport, bloedsomloop, homeostase, reflex, actie­potentiaal, bloedvolume, hartslagfrequentie, ademvolume, ademhalingsfrequentie, spiervezel.

de vijf zintuigen van het menselijk lichaam noemen en beschrijven wat deze waarnemen.

enkele receptoren in het menselijk lichaam noemen en beschrijven wat deze waarnemen.

de opbouw van het zenuwstelsel beschrijven en ­uitleggen hoe signalen worden doorgegeven.

het verloop van de actiepotentiaal in de tijd ­schetsen.

berekeningen maken en redeneren met de gegeven formule voor de voortplantingssnelheid van een ​s​  ​​  + ​s​ 2​​ ­signaal langs een zenuw (​​v​ t​​ = _____ ​​​ ). ​  ​t1​   ​   reflex de drie functies van de bloedsomloop noemen en met een voorbeeld toelichten.

beschrijven van welke factoren de maximale hartslagfrequentie en het bloedvolume afhangen.

met gegeven formules een schatting maken van de maximale hartslagfrequentie en van het bloed­ volume van een man of vrouw.

beschrijven hoe de hartslagfrequentie afhangt van de behoefte aan voedingsstoffen en zuurstof in het lichaam.

beschrijven hoe de hoeveelheid zuurstof die in de longen wordt opgenomen afhangt van de adem­ halingsfrequentie, het ademvolume en het zuurstof­ gehalte in het bloed. beschrijven hoe de spierkracht en de dosering van de spierkracht afhangen van het aantal spiervezels.


A

Menselijk lichaam Leerdoelen

PA R AG R A A F 3 VO E D I N G SS TO F F E N E N B E W E G E N Ik kan:

Acties:

de volgende begrippen beschrijven en toepassen: spierkracht, arbeid, energie, warmte, vermogen, ­rendement, voedingswaarde.

uitleggen wanneer een spierkracht arbeid verricht.

beschrijven hoe de spierkracht afhangt van het ­aantal spiervezels.

uitleggen welke energieomzetting er optreedt in een spier.

uitleggen dat de hartslag- en ademhalings­ frequentie een maat zijn voor het vermogen dat een sporter levert.

berekeningen maken en redeneren met de ­formules W ​ ​) en voor arbeid (​W = F ∙ s​), vermogen (​P = ​ ___ t ­rendement (​η = ___ ​ W  ​)​ . ​Ei​  n​​

PA R AG R A A F 4 WA R M T E H U I S H O U D I N G Ik kan:

Acties:

de volgende begrippen beschrijven en toepassen: warmtebalans, warmteverlies, straling, geleiding, stroming, verdamping, verdampingswarmte, ­soortelijke warmte, relatieve vochtigheid.

de vijf manieren waarop het menselijk lichaam warmte afvoert noemen en met een voorbeeld ­toelichten.

beschrijven van welke factoren de warmteafgifte van het lichaam door geleiding, stroming, straling, verdamping en ademhaling afhangt.

berekeningen maken en redeneren met gegeven formules voor de warmteafgifte van het lichaam door straling (​P = σ ⋅ A ⋅ ​T​  4huid  ​ )​​ , verdamping m __ (​P = ​c​ w​​  ⋅ ​  t ​ )​ en ademhaling (​Q = c ⋅ m ⋅ ΔT​).

berekeningen maken en redeneren met de formule voor warmte en soortelijke warmte (​Q = c ∙ m ∙ ∆ T​).