1 / 32
Lesduur is: 40 minIntroductie
Een tweewielige robot, zoals bijvoorbeeld een autonome segway, is een interessante casus om het over momenten te hebben.
Waarom heeft de robot de neiging om om te vallen? Op welke manier kan dat voorkomen worden? Welke rol speelt de hoogte van het zwaartepunt daarin?
Het is een mooie casus om de begrippen werklijn en steunvlak te bespreken binnen de natuurkundeles.
Instructies
Voorkennis van leerlingen
De leerlingen kennen het begrip Moment (kracht en arm).
Voorbereiding van de docent
- Neem de les een keer door.
Leerdoelen/vaardigheden
- De leerling kan vertellen hoe momenten een rol spelen bij een tweewielige robot.
Aansluiting curriculum
De les sluit aan bij het vak Natuurkunde, onderwerp Moment (hefboom). Het geeft een casus waarin op een kwalitatieve manier met dit begrip gewerkt kan worden.
Deze les sluit aan bij kerndoel 30 A en 30B
Deze les sluit aan bij kerndoel 30 A en 30B
Feedback
De makers van deze les willen graag weten wat je van de les vond. Ga daarvoor naar de (korte) vragenlijst. Heel veel dank!
Onderdelen in deze les
Slide 1 - Tekstslide
- waarom valt een tweewielige robot niet om?
Slide 2 - Tekstslide
Verander de iconen en tekst zodat deze slide aansluit bij de elementen die in jouw les voorkomen.
Slide 3 - Tekstslide
Deze slide heeft geen instructies
Slide 4 - Tekstslide
Deze slide heeft geen instructies
Slide 5 - Tekstslide
het idee achter deze vraag is om duidelijkheid te krijgen over hoe de segway werkt. Als je voorover leunt met de segway ga je vooruit. en als je dan weer achterover leunt stop je.
Slide 6 - Tekstslide
Segway heeft ook autonoom rijdende tweewielige robots.
Hoe blijven die in balans?
Slide 7 - Tekstslide
(je kunt de robot nog vergelijken met een bezemsteel die overeind probeert te blijven als het concept voor de leerlingen nog onduidelijk is)
Vraag
Welke krachten werken er allemaal op de robot als de robot rechtop staat en niet rijdt?
Slide 8 - Open vraag
Hier komen we nog op terug het is vooral de bedoeling dat de leerlingen de krachten herkennen.
Slide 9 - Tekstslide
Deze slide heeft geen instructies
Krachten op de robot
De robot staat rechtop. Waar zitten de aangrijpingspunten voor de zwaartekracht en de normaalkracht op de robot?
A
B
C
D
<span style="color:rgb(0, 0, 0)">A</span>
<span style="color:rgb(0, 0, 0)">B</span>
<span style="color:rgb(0, 0, 0)">C</span>
<span style="color:rgb(0, 0, 0)">D</span>
Zwaartekracht
Normaalkracht
Slide 10 - Sleepvraag
De zwaartekracht grijpt aan in het midden van de robot. De normaal kracht is omhoog gericht en grijpt aan op het punt waar het wiel de grond raakt.
Slide 11 - Tekstslide
Deze twee situaties worden op de volgende dia's nader bekeken en bevraagd.
Vraag
Verandert de zwaartekracht op de robot als de robot voorover of achterover buigt?
A
Ja
B
Nee
Slide 12 - Quizvraag
Nee, de massa van de robot verandert niet, dus verandert de zwaartekracht ook niet
Vraag
En wat gebeurt er met de normaalkracht als de robot voorover of achterover gebogen is?
A
De normaalkracht wordt groter
B
De normaalkracht wordt kleiner
C
De normaalkracht blijft gelijk
D
De normaalkracht wordt verplaatst
Slide 13 - Quizvraag
De normaalkracht verandert alleen als de zwaartekracht groter of kleiner wordt.
Momenten op de robot
Om de draairichting ten gevolge van een moment aan te geven, gebruiken we de richting van de klok.
Sleep de juiste draairichting naar de juiste situatie in de afbeelding.
Met de klok mee
Tegen de klok in
Slide 14 - Sleepvraag
Antwoord:
Voorover gebogen (3) = moment met de klok mee
Achterover gebogen (4) = moment tegen de klok in
bij (1) en (2) is het moment nul. De werklijn van de kracht loopt door het draaipunt, dus de arm is 0.
Slide 15 - Tekstslide
Deze slide heeft geen instructies
Vraag
Wat gebeurt er met het moment van de zwaartekracht op de robot als we de hoek van de robot groter maken?
Slide 16 - Open vraag
Antwoord: het moment wordt groter omdat de arm langer wordt.
Als je kijkt naar de formule M = F*r :als r twee x zo groot wordt, dan wordt M ook twee keer zo groot.
Slide 17 - Tekstslide
Dit soort robots komen niet veel voor, omdat deze robot vrij onstabiel is. Een computerprogrammaatje stuurt de motors telkens aan zodat de robot niet omvalt. Maar er zijn ook andere manieren om de robot stabieler te maken.
Vraag
Stel dat het computerprogramma niet meer werkt en de robot staat in voorovergebogen positie. De robot zal nu omvallen. Hoe komt dit?
Slide 18 - Open vraag
Deze slide heeft geen instructies
Slide 19 - Tekstslide
Deze slide heeft geen instructies
Vraag
Leg uit in welke situatie de robot sneller zal omvallen. Gebruik hierbij het begrip moment van de zwaartekracht
Slide 20 - Open vraag
Deze slide heeft geen instructies
Vraag
Waarom zorgt een lager zwaartepunt ervoor dat de robot stabieler wordt, ook al is de zwaartekracht even groot?
Slide 21 - Open vraag
Deze slide heeft geen instructies
Slide 22 - Tekstslide
Deze slide heeft geen instructies
Vraag
De robot staat voorovergebogen en dreigt om te vallen. Het moment dat het lichaam laat kantelen, hangt af van de arm. Hoe kan het moment veranderd worden zodat de robot weer rechtop komt te staan?
A
Het zwaartepunt verhogen
B
Het zwaartepunt verlagen
C
De arm verkleinen
D
De arm vergroten
Slide 23 - Quizvraag
Deze slide heeft geen instructies
Vraag
Hoe komt de robot weer overeind te staan als hij in voorover gebogen positie staat?
Anders gezegd: hoe kan de arm van de zwaartekracht verkleind worden?
Slide 24 - Open vraag
Deze slide heeft geen instructies
Slide 25 - Tekstslide
Deze slide legt nog een keer uit hoe de robot overeind komt. De motorkracht in de wielen zorgt dat de wielen vooruit gaan en dus weer onder het zwaartepunt terecht komen.
Slide 26 - Tekstslide
• Grotere wielen hoeven minder ver ter draaien voor dezelfde horizontale verplaatsing.
• Daardoor kan een robot met een groter wiel sneller reageren op kleine veranderingen.
• Grotere wielen rollen soepeler en reageren trager → meer stabiliteit, minder wendbaarheid.
• Kleinere wielen reageren sneller op veranderingen van de ondergrond → makkelijker uit balans te brengen.
Slide 27 - Tekstslide
Deze slide heeft geen instructies
Slide 28 - Tekstslide
Deze slide heeft geen instructies
Slide 29 - Tekstslide
Deze slide heeft geen instructies
Slide 30 - Tekstslide
Deze slide heeft geen instructies
Slide 31 - Tekstslide
Deze slide heeft geen instructies
Slide 32 - Tekstslide
Deze slide heeft geen instructies