Zonnestelsel en heelal (Natuurkunde havo), les 1: Uitleg
Montage van planeten, niet op schaal (NASA/JPL, publiek domein)
EXAMENSTOF · E1 · ZONNESTELSEL EN HEELAL
Zonnestelsel en heelal
Examenstof natuurkunde havo
Lesson duration is: 45 minIntroduction
Items in this lesson
Montage van planeten, niet op schaal (NASA/JPL, publiek domein)
EXAMENSTOF · E1 · ZONNESTELSEL EN HEELAL
Zonnestelsel en heelal
Examenstof natuurkunde havo
Les 1 van 3: uitleg. Les 2 is de examentraining, les 3 de terugblik met quiz. Syllabus: E1.1 en E1.4 (zonder cirkelbewegingen en gravitatie). Image credit: NASA/JPL / Wikimedia Commons, publiek domein
EXAMENSTOF · E1 · ZONNESTELSEL EN HEELAL
Wat ga je kunnen?
Ik kan het zonnestelsel en het heelal beschrijven, rekenen met lichtjaren en de wet van Wien gebruiken.
This item has no instructions
Wat zit er allemaal in het heelal?
Verwacht: zon, maan, planeten, sterren, Melkweg, kometen, zwarte gaten, oerknal, lichtjaar. Sorteer de woorden op grootte: van het zonnestelsel naar het hele heelal. Dat is de lijn van de les. Syllabus E1.1 en E1.4.
Montage van planeten, niet op schaal (NASA/JPL, publiek domein)
EXAMENSTOF · E1 · ZONNESTELSEL EN HEELAL
Structuur van het zonnestelsel
Het zonnestelsel bestaat uit de zon, de planeten met hun manen, kometen en meteorieten.
Een planeet draait in een baan om de zon; een maan draait om een planeet.
Een komeet is een bol van ijs en stof met een staart van gas en stof dicht bij de zon.
Een meteoriet is een brok uit de ruimte dat op aarde is terechtgekomen.
Syllabus E1.1: de structuur van het zonnestelsel beschrijven; vakbegrippen planeet, komeet, meteoriet. De montage laat de planeten zien, niet op schaal. Kijkvraag: welke planeten herken je? Veelgemaakte fout: een maan een planeet noemen, of een meteoriet en een vallende ster door elkaar halen. De lichtstreep aan de hemel heet een meteoor; het brok dat op de grond ligt een meteoriet. Dat onderscheid hoeft de leerling niet te kennen. Image credit: NASA/JPL / Wikimedia Commons, publiek domein
Eigen animatie: de maan draait om de aarde, zonlicht van links
EXAMENSTOF · E1 · ZONNESTELSEL EN HEELAL
Maanfasen verklaren
De maan zendt geen eigen licht uit: je ziet zonlicht dat ze terugkaatst.
De zon verlicht steeds de helft van de maan. Vanaf de aarde zie je een deel van die helft.
Nieuwe maan: de maan staat tussen de zon en de aarde. Volle maan: de aarde staat ertussen.
Eén rondje om de aarde duurt ongeveer een maand; daarna herhaalt de fase zich.
Syllabus E1.1: waarnemingen van maanfasen interpreteren. Laat de animatie een paar keer lopen en pauzeer bij elke hoofdfase. Kijkvraag: welke kant van de maan is steeds verlicht? Altijd de kant naar de zon, ook als jij hem niet ziet. Bij nieuwe maan zie je de onverlichte kant. Eerste kwartier en laatste kwartier zijn halve schijven omdat je dan precies zijwaarts naar de verlichte helft kijkt. Veelgemaakte fout: denken dat de schaduw van de aarde de fasen maakt. Dat is een maansverduistering, iets anders. Image credit: Eigen animatie
Sterrensporen op een lange opname (Nick Ares, CC BY-SA 2.0)
EXAMENSTOF · E1 · ZONNESTELSEL EN HEELAL
Hemelbaan van zon en sterren
De aarde draait om haar as: zon, maan en sterren komen op in het oosten en gaan onder in het westen.
Op de foto zie je sterrensporen: door de draaiing maakt elke ster een cirkelboog aan de hemel.
De zon staat in de zomer 's middags hoger aan de hemel dan in de winter, door de scheve stand van de aardas.
Syllabus E1.1: waarnemingen van de hemelbaan van zon, maan en sterren interpreteren. De sterren bewegen niet echt over de hemel: de aarde draait. Daardoor draait de hele sterrenhemel schijnbaar om een punt (de hemelpool) dat op het noordelijk halfrond vlak bij de Poolster ligt. Kijkvraag: waarom zijn de sporen op de foto bogen en geen rechte lijnen? Veelgemaakte fout: denken dat de zon om de aarde heen draait omdat hij op- en ondergaat. Image credit: Nick Ares / Wikimedia Commons, CC BY-SA 2.0
Zet de maanfasen op volgorde, vanaf nieuwe maan
Na nieuwe maan neemt het verlichte deel toe: eerste kwartier, volle maan, dan neemt het af tot het laatste kwartier. Verwachte fout: de twee kwartieren verwisselen. Syllabus E1.1: maanfasen.
Vul in
Een planeet draait om de zon, een komeet krijgt dicht bij de zon een staart en een meteoriet is een brok uit de ruimte dat op aarde is terechtgekomen.
Syllabus E1.1: vakbegrippen planeet, komeet en meteoriet. Verwachte fout: komeet en meteoriet verwisselen.
De zon, opname van 1 augustus 2010 (NASA/SDO, publiek domein)
EXAMENSTOF · E1 · ZONNESTELSEL EN HEELAL
Licht heeft tijd nodig
c = 2,998·10⁸ m/s is de lichtsnelheid in vacuüm; de waarde staat in je informatieboek.
s = c·t: afstand s in m, snelheid c in m/s en tijd t in s.
De afstand van de zon tot de aarde is 1,496·10¹¹ m. Dan is t = s/c = 499 s, ruim 8 minuten.
Je ziet de zon dus zoals ze ruim 8 minuten geleden was.
Syllabus E1.4: vakbegrip lichtsnelheid; uitleggen hoe de afstand van een ster tot de waarnemer en de tijd tussen uitzenden en waarnemen van het licht samenhangen. Uitwerking: t = s/c = 1,496·10¹¹ / 2,998·10⁸ = 499 s = 8,3 min. De gegevens staan in het informatieboek (Binas of ScienceData). Kijkvraag: wat gebeurt er met wat je ziet als de zon nu zou verdwijnen? Je merkt het pas na ruim 8 minuten. Veelgemaakte fout: minuten en seconden niet omrekenen. Image credit: NASA/SDO/AIA / Wikimedia Commons, publiek domein
Eigen animatie: hoe lang licht onderweg is (tijdas met machten van 100)
EXAMENSTOF · E1 · ZONNESTELSEL EN HEELAL
Het lichtjaar
Een lichtjaar (ly) is de afstand die licht in één jaar aflegt: 1 ly = 9,461·10¹⁵ m.
Van m naar ly deel je door 9,461·10¹⁵ m; van ly naar m vermenigvuldig je ermee.
Proxima Centauri, de dichtstbijzijnde ster, staat op 4,24 ly: dat is 4,01·10¹⁶ m.
Een lichtjaar is dus een afstand, geen tijd.
Syllabus E1.4: vakbegrip lichtjaar. Afleiding: 1 jaar = 365,25 dagen = 3,1558·10⁷ s, dus s = c·t = 2,9979·10⁸ · 3,1558·10⁷ = 9,461·10¹⁵ m. Proxima Centauri: 4,24 · 9,461·10¹⁵ = 4,01·10¹⁶ m. In de animatie loopt een lichtpuls over een tijdas waarbij elke streep 100 keer zoveel tijd is. Kijkvraag: hoe lang doet licht erover van de maan, de zon, Proxima en Andromeda? Veelgemaakte fout: denken dat een lichtjaar een tijd is. Image credit: Eigen animatie
Het Andromedastelsel (Brody Wesner, CC0)
EXAMENSTOF · E1 · ZONNESTELSEL EN HEELAL
Terugkijken in de tijd
Licht van verre objecten doet er lang over: hoe verder weg, hoe ouder het licht dat je ziet.
De tijd in jaren tussen uitzenden en waarnemen is gelijk aan de afstand in lichtjaren.
Het Andromedastelsel staat op 2,5 miljoen ly: je ziet het zoals het 2,5 miljoen jaar geleden was.
Kijken naar de ruimte is dus altijd kijken naar het verleden.
Syllabus E1.4: de afstand van een ster tot de waarnemer en de tijd tussen uitzenden en waarnemen van het licht hangen samen. Een ster op 10 ly zie je zoals hij 10 jaar geleden was. Kijkvraag: als een ster op 6 ly vandaag explodeert, wanneer zie je dat? Over 6 jaar. Veelgemaakte fout: denken dat je de ster ziet zoals hij nu is. Image credit: Brody Wesner / Wikimedia Commons, CC0
Een ster staat op 6,0 ly. Wat zie je als je er nu naar kijkt?
De ster zoals hij nu is
De ster zoals hij 6,0 s geleden was
De ster zoals hij 6,0 jaar geleden was
De ster zoals hij over 6,0 jaar is
Het licht is 6,0 jaar onderweg, dus je ziet de ster uit het verleden. Verwachte fout: denken dat je de ster nu ziet. Syllabus E1.4.
Licht gaat van de aarde naar de maan: s = 3,844·10⁸ m. Bereken de tijd.
1,282 s
0,7800 s
1,152·10¹⁷ s
76,92 s
t = s/c = 3,844·10⁸ / 2,998·10⁸ = 1,282 s (4 significante cijfers, zoals de gegevens). Verwachte fouten: c/s gedeeld (0,7800), vermenigvuldigd (1,152·10¹⁷) of seconden met 60 vermenigvuldigd (76,92). Syllabus E1.4: s = c·t.
De Melkweg boven Texas, uitsnede (Matthew T Rader, CC BY-SA 4.0)
EXAMENSTOF · E1 · ZONNESTELSEL EN HEELAL
Structuren in het heelal
Een planetenstelsel is een ster met planeten eromheen; ons zonnestelsel is er een.
Een sterrenstelsel bestaat uit miljarden sterren. Ons zonnestelsel ligt in de Melkweg.
Een cluster is een groep sterrenstelsels die door de zwaartekracht bij elkaar blijven.
Klein naar groot: planetenstelsel, sterrenstelsel, cluster.
Syllabus E1.4: structuren cluster, sterrenstelsel, planetenstelsel; vakbegrippen Melkweg en zonnestelsel. De foto toont de Melkweg als lichte band: je kijkt van binnenuit tegen de schijf van ons eigen sterrenstelsel aan. Kijkvraag: waarom zie je de Melkweg als een band? Veelgemaakte fout: Melkweg en zonnestelsel door elkaar halen. Image credit: Matthew T Rader / Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0
Cluster Abell 1689 met honderden stelsels (NASA/ESA, publiek domein)
EXAMENSTOF · E1 · ZONNESTELSEL EN HEELAL
Oerknal en uitdijend heelal
Het heelal is ontstaan met de oerknal, ongeveer 13,8 miljard jaar geleden.
Sinds de oerknal is het heelal groter geworden: het dijt uit. Op grote schaal bewegen stelsels van elkaar af.
Het heelal was dus vroeger kleiner, heter en dichter dan nu.
Syllabus E1.4: vakbegrippen oerknal en uitdijend heelal. De leeftijd van ongeveer 13,8 miljard jaar volgt uit metingen van de satelliet Planck (bron: Wikipedia, Age of the universe, Planck 2018). De foto toont een cluster van sterrenstelsels; elk lichtvlekje is een stelsel. Veelgemaakte fout: denken dat de oerknal een explosie in een lege ruimte was. De ruimte zelf wordt groter. Image credit: NASA/ESA/Hubble / Wikimedia Commons, publiek domein
EXAMENSTOF · E1 · ZONNESTELSEL EN HEELAL
De wet van Wien
Elk voorwerp met een temperatuur zendt straling uit, ook een ster. De straling is het sterkst bij één golflengte, λmax.
λmax·T = kW: λmax in m, T in K en kW = 2,898·10⁻³ m·K (staat in je informatieboek).
Hoe heter de ster, hoe kleiner λmax: λmax en T zijn omgekeerd evenredig.
De zon: T = 5,8·10³ K geeft λmax = 5,0·10⁻⁷ m = 5,0·10² nm, in het zichtbare gebied.
Van °C naar K tel je 273 op. Zet nm eerst om: 1 nm = 10⁻⁹ m.
Syllabus E1.4: de wet van Wien gebruiken; formule λmaxT = kW. De constante staat in het informatieboek (Binas of ScienceData). Uitwerking zon: λmax = kW/T = 2,898·10⁻³ / 5,8·10³ = 5,0·10⁻⁷ m. Zonder spectra of Stefan-Boltzmann: alleen deze formule. Veelgemaakte fouten: nm niet omzetten, en T in °C invullen.
Vul in
Een cluster is een groep van sterrenstelsels die door de zwaartekracht bij elkaar blijven.
Syllabus E1.4: structuren cluster en sterrenstelsel. Verwachte fout: sterrenstelsel en planetenstelsel verwisselen.
Een gloeidraad heeft T = 1,5·10³ K. Bereken λmax.
5,2·10⁵ m
1,9·10⁻⁶ m
4,3 m
1,9·10⁻³ m
λmax = kW/T = 2,898·10⁻³ / 1,5·10³ = 1,9·10⁻⁶ m (2 significante cijfers). Verwachte fouten: T/kW (5,2·10⁵), kW·T (4,3) of 10³ vergeten (1,9·10⁻³). Syllabus E1.4: wet van Wien.
Wat vond je vandaag het lastigst?
Maanfasen verklaren
Lichtjaar en afstand
Wet van Wien
Structuren van het heelal
Gebruik de uitslag om een onderdeel nog eens met een voorbeeld op het bord te doorlopen.
Welk begrip uit deze les moet je nog oefenen?
Persoonlijke reflectie; geen goed of fout. Laat leerlingen het begrip in een eigen zin uitleggen.
EXAMENSTOF · E1 · ZONNESTELSEL EN HEELAL
Begrippen (1/2)
planeet: Hemellichaam dat in een baan om de zon draait.
komeet: Bol van ijs en stof met een staart van gas en stof dicht bij de zon.
meteoriet: Brok uit de ruimte dat op aarde is terechtgekomen.
lichtsnelheid: Snelheid van licht in vacuüm: c = 2,998·10⁸ m/s.
lichtjaar: Afstand die licht in één jaar aflegt: 9,461·10¹⁵ m.
This item has no instructions
EXAMENSTOF · E1 · ZONNESTELSEL EN HEELAL
Begrippen (2/2)
Melkweg: Het sterrenstelsel waarin ons zonnestelsel ligt.
cluster: Groep sterrenstelsels die bij elkaar blijven door de zwaartekracht.
oerknal: Het ontstaan van het heelal, ongeveer 13,8 miljard jaar geleden.
uitdijend heelal: Het heelal wordt groter: stelsels bewegen op grote schaal van elkaar af.
wet van Wien: λmax·T = kW: hoe heter een ster, hoe kleiner de golflengte van maximale straling.
This item has no instructions
