Energiebehoud (Natuurkunde vwo), les 3: Terugblik quiz

• New lesson editor
• Natuurkunde
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 4-6

Introduction

Terugblik quiz met 12 vragen over energiebehoud, vrije val, worp, veerenergie, stuiteren, trilling, rendement en energie in het verkeer. Vwo natuurkunde, C2.

Stuiterende bal met stroboscoop, 2007 (foto: M. Maggs, CC BY-SA 3.0)

EXAMENSTOF · C2 · ENERGIE EN WISSELWERKING

Quiz

Terugblik: Energiebehoud

Les 3 van 3. Leerlingen beantwoorden individueel; bespreek na elke paar vragen kort de antwoorden. Image credit: MichaelMaggs, bewerkt door Richard Bartz / Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0

Een bal van 0,20 kg valt vrij van 1,8 m. Bereken Ek vlak voor de grond.

A

1,8 J

B

7,1 J

C

3,5 J

D

0,36 J

Ek = Ez = m·g·h = 0,20 × 9,81 × 1,8 = 3,5 J. Afleiders: ½ erbij (1,8), factor 2 erbij (7,1) en g vergeten (0,36). Controle: 0,36 × 9,81 = 3,53. Syllabus C2.2.

Zonder wrijving: A gooit omhoog, B omlaag, even hard vanaf 10 m. Vergelijk v bij de grond.

A

De snelheden zijn gelijk

B

A is sneller

C

B is sneller

D

A is √2 keer zo snel

v² = v0² + 2·g·h hangt niet van de richting af, dus beide ballen komen met dezelfde snelheid aan. Afleiders: A heeft een langere weg (sneller), B begint al omlaag (sneller) en een wortelfactor. Syllabus C2.2: verticale worp en vrije val.

Een wagentje aan een veer trilt zonder wrijving. Wat geldt in het keerpunt?

A

Ek is maximaal en Ev is nul

B

Ek en Ev zijn allebei nul

C

Ek en Ev zijn allebei maximaal

D

Ek is nul en Ev is maximaal

In het keerpunt is v = 0 en is de veer maximaal uitgerekt of ingedrukt. Ek + Ev is constant, dus beide nul of beide maximaal kan niet. Syllabus C2.2: trilling.

Een veer (C = 1,5·10² N/m) bevat 3,0 J veerenergie. Bereken de uitrekking u.

A

0,040 m

B

0,20 m

C

0,14 m

D

2,0 cm

Ev = ½·C·u², dus u = √(2·Ev/C) = √(2 × 3,0/1,5·10²) = √0,040 = 0,20 m. Afleiders: wortel vergeten (0,040), ½ vergeten (0,14) en m en cm verwisseld (2,0 cm; 0,20 m is 20 cm). Controle: ½ × 150 × 0,20² = 3,0 J. Syllabus C2.2: formule herleiden.

Vul in

Bij elke stuit wordt een deel van de energie omgezet in warmte, daarom bereikt de bal na de stuit een lagere top dan daarvoor.

warmte

lagere

hogere

chemische

Syllabus C2.2: stuiterbeweging, warmte.

Zet op volgorde: een pijl afschieten

1

Warmte in het doel

2

Veerenergie in de gespannen boog

3

Kinetische energie van de pijl

4

Chemische energie in de spieren

Spieren (chemisch), boog (veerenergie), pijl (Ek), doel (warmte, bij het afremmen van de pijl). Syllabus C2.2: chemische energie, veerenergie, kinetische energie, warmte.

Leg uit waarom de massa wegvalt bij een vrije val.

Goed antwoord: m·g·h = ½·m·v²; de massa staat links en rechts en valt weg, dus v = √(2·g·h) en zware en lichte voorwerpen vallen even snel. Syllabus C2.2: vrije val.

Water (1,0·10³ kg per s) valt 20 m; de generator levert 1,6·10⁵ W. Bereken η.

A

0,82

B

1,2

C

0,18

D

0,082

Pin = (m/t)·g·h = 1,0·10³ × 9,81 × 20 = 1,96·10⁵ W; η = Pnuttig/Pin = 1,6·10⁵/1,96·10⁵ = 0,82. Afleiders: omgekeerd (1,2), het warmtedeel 1 − η (0,18) en een factor 10 fout (0,082). Controle: 1,962·10⁵ × 0,8155 = 1,6·10⁵. Syllabus C2.2.

Fietser rijdt met constante snelheid bergop. Waarin wordt de chemische energie omgezet?

A

In Ek en Ez

B

In Ek en warmte

C

In Ez en warmte

D

Alleen in Ez

Bij constante snelheid blijft Ek gelijk; de chemische energie uit de spieren wordt zwaarte-energie (hoogte) en warmte (spieren, wrijving). Syllabus C2.2: de bewegende mens, energiegebruik in het verkeer.

Bal gaat vanaf 1,5 m met 9,0 m/s recht omhoog, zonder wrijving. Bereken de top.

A

4,1 m

B

5,6 m

C

9,8 m

D

2,6 m

Nulniveau op de grond: ½·m·v² + m·g·h0 = m·g·htop, dus htop = h0 + v²/(2·g) = 1,5 + 81/19,62 = 1,5 + 4,13 = 5,6 m. Afleiders: beginhoogte vergeten (4,1), factor 2 vergeten (8,26 + 1,5 = 9,8) en beginhoogte afgetrokken (2,6). Syllabus C2.2: verticale worp.

Een bal valt van 2,0 m en stuitert terug tot 1,5 m. Welk deel van de energie gaat verloren?

A

75%

B

33%

C

50%

D

25%

Verlies = (2,0 − 1,5)/2,0 = 0,25 = 25%, want E is evenredig met h. Afleiders: het deel dat overblijft (75%), delen door de nieuwe hoogte (33%) en het verlies in meters als procent (50%). Syllabus C2.2: stuiterbeweging.

Een trillend wagentje aan een veer komt langzaam tot stilstand. Waarom?

A

De veer verliest veerenergie zonder omzetting

B

De zwaarte-energie van het wagentje neemt toe

C

De massa van het wagentje neemt af

D

Ek + Ev wordt door wrijving warmte

Wrijving zet mechanische energie (Ek + Ev) om in warmte; de totale energie blijft behouden. Afleiders: energie die verdwijnt, een toenemende Ez (het wagentje beweegt horizontaal) en massaverlies. Syllabus C2.2: trilling, wrijvingsarbeid.

Hoe zeker voel je je over dit onderwerp?

1

Heel zeker

2

Redelijk zeker

3

Niet zo zeker

4

Helemaal niet zeker

Gebruik de uitslag om te bepalen of je een onderdeel herhaalt.

EXAMENSTOF · C2 · ENERGIE EN WISSELWERKING

Goed gedaan!

Je kunt nu energieomzettingen bij val, worp, stuiten en trilling analyseren met ΣEin = ΣEuit en rekenen met veerenergie, stookwaarde en rendement. Bekijk de vragen die je fout had nog eens in les 1.