Potentiële energie in achtbanen

Lesverloop

1. 1

   Stap 1: Voorbereiding

   Print voor elke leerling één exemplaar van de werkkaart en voor elke groep één exemplaar van de aanvullende materialen.

   Controleer vooraf welke eenheid de Distance-app weergeeft. Geeft de app inches weer, laat leerlingen de meetwaarde dan vermenigvuldigen met 2,54 voordat ze de hoogte in centimeters op de werkkaart noteren. Geeft de app centimeters weer, dan kunnen ze de meetwaarde direct noteren.

   Controleer vooraf welke eenheid de Distance-app weergeeft. De werkkaarten gebruiken centimeters. Laat leerlingen hun metingen zo nodig eerst omrekenen naar centimeters.

   Controleer vooraf of de Distance-app centimeters kan weergeven. Als de app alleen inches weergeeft, laat je leerlingen de meetwaarden eerst met 2,54 vermenigvuldigen om centimeters te krijgen. Daarna rekenen ze de centimeters om naar meters.

   Deel na de introductie de scharen, het plakband en de knikkers uit aan de groepen.

   Leerlingen kunnen de achtbaan met plakband aan de muur bevestigen, of op grote vellen papier zodat ze de achtbaan kunnen verplaatsen.

   Zorg dat de massa van elke knikker vooraf is gemeten en geef die aan de leerlingen. Zorg dat de massa in kilogram is uitgedrukt, of geef leerlingen een passende omrekenfactor waarmee ze de opgegeven massa naar kilogram kunnen omrekenen.

   Begrippen

   Potentiële energie – de energie die een deeltje heeft door zijn positie

   Zwaarte-energie – de energie die een voorwerp heeft door zijn positie in een zwaartekrachtveld

   Massa – een maat voor de hoeveelheid materie in een voorwerp, waardoor het gewicht heeft in een zwaartekrachtveld

2. 2

   Stap 2: Introductie

   Bespreek of herhaal het begrip potentiële energie, in het bijzonder zwaarte-energie. Bespreek hoe de positie van een voorwerp boven het aardoppervlak zorgt voor een systeem waarin energie is opgeslagen.

   Stel daarbij de volgende vraag aan de klas: ‘Als ik deze knikker vasthoud, met welke bewegingen of posities zou ik de zwaarte-energie ervan vergroten of verkleinen?’

   Bespreek dat de hoogte van de knikker boven de grond een factor is die bepaalt of de knikker meer of minder zwaarte-energie heeft.

   Laat met het bestand met aanvullende materialen zien hoe je de achtbaanbanen uitknipt en langs de rode stippellijnen vouwt tot een baan met twee zijwanden. Plak de baan aan de muur. Laat zien hoe de muur de baan ondersteunt en hoe je de hellingshoek kunt aanpassen.

   Laat zien hoe je Ari bovenaan de baan plaatst, met de sensoren naar de grond gericht. De afstand die je zo meet, gebruik je als hoogte van de achtbaan en de knikker.

3. 3

   Stap 3: Activiteit 1

   Verdeel de leerlingen in groepen van 3–4. Geef elke groep één Ari-robot, de aanvullende materialen geprint op stevig papier, een schaar en een knikker.

   Laat de leerlingen Ari aanzetten en de Distance-app openen.

   Laat de leerlingen de drie banen langs de buitenranden uitknippen en langs de stippellijnen vouwen.

   De leerlingen gebruiken de afbeeldingen op de werkkaart om hun drie banen aan de muur te plakken. Ze kiezen zelf de hellingshoek.

   Als de drie banen vastzitten, laten de groepen hun knikker een paar keer over de banen naar beneden rollen. Zo kunnen ze zien hoe snel de knikker beweegt.

   De leerlingen meten de hoogte van de bovenkant van de baan door Ari op de startplek van de knikker te plaatsen, met de sensoren naar de grond gericht.

   Laat de leerlingen bij elke meting de weergegeven eenheid controleren. Staat de hoogte in inches, dan vermenigvuldigen ze de meetwaarde eerst met 2,54 om centimeters te krijgen. De groepen noteren de hoogte in centimeters op de werkkaart. Daarna meten ze ook de andere twee banen en noteren ze die hoogtes eveneens in centimeters.

4. 4

   Stap 4: Activiteit 2

   Bespreek de formules waarmee leerlingen centimeters naar meters omrekenen en de zwaarte-energie berekenen.

   Elke groep gebruikt de gemeten hoogtes van de achtbanen en rekent die eerst om van centimeters naar meters.

   De groepen gebruiken de opgegeven massa van hun knikker in de formule 9,8 m/s² × massa (kg) × hoogte (meter). Daarmee berekenen ze de zwaarte-energie van de knikker voor elk van de drie achtbanen.

   De leerlingen noteren hun resultaten op de werkkaart.

5. 5

   Stap 5: Afsluitkaart

   Gebruik de volgende vragen om leerlingen te laten nadenken en met elkaar in gesprek te laten gaan. Loop rond terwijl leerlingen eerst hun antwoorden op de afsluitkaart schrijven en die daarna met een medeleerling bespreken:

   1. Welke factoren beïnvloeden de zwaarte-energie van een voorwerp op een achtbaan?
   2. Welke invloed had de hoogte van de achtbaanbanen op de totale zwaarte-energie van de knikker?
   3. We hebben hellende achtbaanbanen gemaakt. Wat zou er, als er iets verandert, aan de zwaarte-energie van de knikker veranderen als je loopings in de baan maakt?
6. 6

   Stap 6: Uitbreiding

   Laat de leerlingen de aangegeven lijnen op de banen inknippen tot aan de omgevouwen rode stippellijn. Met deze extra inkepingen in de zijwanden kunnen ze met plakband loopings en bochten in de achtbanen maken.

   Als leerlingen tijd hebben en loopings in hun baan maken, stel je de volgende vraag: ‘Denk terug aan de afsluitkaart. Klopte je antwoord op de vraag of loopings invloed hebben op de zwaarte-energie van de knikker?’

   Bespreek met de leerlingen de resultaten van het aanpassen van de baan en hun terugblik op de vraag op de afsluitkaart.