Natuurkunde2de fase

Samenvatting van de belangrijkste onderwerpen in de natuurkunde.

Volgende

A. Smit

Door betabijles

Natuurkunde

Mechanica(30%)

Kernfysica (10%)

Elektriciteit(30%)

Trillingen, golven, geluid, optica

(30%)

A. Smit

stopnextstart

Sorteer per klas

Klassen

6 VWO5 VWO4 VWO

A. Smit

stopnexthome

4 VWO

Automatische systemen

A. Smit

stopnexthome

Krachten

5 VWO

Radioactiviteit

A. Smit

stopnexthome

6 VWO

A. Smit

stopnexthome

Mechanica

A. Smit

stopnexthome

Krachten 4 VWO

Krachten

A. Smit

stopnexthome

- Grootheden- Vectoren 1, rekenen - Soorten krachten- Vectoren 2 (Fz ontbinden)

GroothedenScalairen

- Grootte- Eenheid

Bv:

m = 987 kg

x = 10m (x=plaats)

V = 3L

Vectoren

- Grootte- Eenheid- Richting

Bv:

F = 17N

s = Δx (verplaatsing)

v = 2km/h

A. Smit

stopnexthome

VectorenEr zijn verschillende mogelijkheden om krachten op te tellen.

A) Gelijk gerichte vectoren

B) Tegengestelde vectoren

C) Onderling loodrechte kracht

D) Kop-staartmethode

a = Fres/m stilstaande voorwerpen en constant bewegende voorwerpen hebben dus een Fnetto = 0N

A. Smit

stopnexthome

VectorenNu we de 4 methodes kennen, moeten we ook de netto waarden kunnen uitrekenen. Gelijk gerichte vectoren mogen we optellen. Tegengestelde vectoren aftrekken.

Onderling loodrechte vectoren kan met Phytagoras.

Wat ALTIJD kan, -en moet bij de kop-staartmethode- is het op schaal tekenen. Teken nauwkeurig met geodriehoek/passer, teken zo de stippellijnen en meet de geconstrueerde lijn.

Geef ook de schaal aan bv: 1cm = 1N

A. Smit

stopnexthome

Afspraak!Maak alleen volle

lijnen voor krachten die er echt zijn en de

netto kracht.

VectorenRekenvoorbeeld

Een blokje hangt tussen 2 gelijke veerunsters met C=500N/m, die een hoek met het blokje maken van 90 graden. De uitrekking van beide unsters is 2,3cm. Hoe zwaar is het blokje?

A. Smit

stopnexthome

Schets de situatie.

Het blokje hangt en heeft een gelijke massa. Omdat de unsters hetzelfde zijn en eenzelfde uitrekking hebben, geldt de volgende schets:

blok

blok

Antwoord

Nu de kop-staartmethode:

blok blok blok

-Fz

Fz

Vectoren

A. Smit

stopnexthome

Schets de situatie.

Het blokje hangt en heeft een gelijke massa. Omdat de unsters hetzelfde zijn en eenzelfde uitrekking hebben, geldt de volgende schets:

blok

Nu de kop-staartmethode:

blok blok blok

-Fz

Fz

Opmeten geeft ongeveer 3,3cm

C=500N/m = 5N/cm

Fz=3,3*5=16,5N

m=Fz/g=16,5/9,81≈1,7kg

Tip: Je kunt ook eerst de krachten

uitrekenen van de lijnen, dat is iets meer werk, maar je zou op

hetzelfde moeten uitkomen.

Of gebruik Pythagoras. De 90graden wordt in 2

delen gehakt. Dus driehoek met 2 hoeken van 45graden en een

rechte hoek. Dus lengte =√(2,3^2+2,3^2)≈3,3cm

Vectoren

Nog een voorbeeld. Teken de somvector in de volgende tekening.

A. Smit

stopnexthome

Antwoord1) Kop-staartmethode op 2

vectoren2) Teken somvector van 1)3) Kop-staartmethode

overige vector en somvector

4) Teken somvector van 3)

Soorten krachten

A. Smit

stopnexthome

Naam Symbool/formule Soort waarden Richting en aangrijpingspunt

Zwaartekracht Fz=m*g Gravitatiekracht

Veerkracht Fv=C*u Em-krachten Fv

Spankracht Fspan Em-krachten

Normaalkracht Fn Em-krachten Fn=Fz, ┴

Wrijvings-kracht Fw Em-krachten

Gewicht (-skracht)

Fg/Fgew/G Em-krachten Kracht die een voorwerp als gevolg van zijn zwaartekracht op de omgeving uitoefent

Electrostatische kracht

Fel Em-krachten -

Magnetische kracht

F˪ Em-krachten -

Kern kracht Fk Zwakke/sterke kernkracht

-

AFz

Fz

Fn

Fspan

vFwr

Vectoren 2We gaan even terug naar het voorbeeld van zojuist. We hebben toen op schaal getekend en de lengte van vector -Fz opgemeten. Bij rechte hoeken kunnen we ook de cosinus, sinus en tangens gebruiken. Dit scheelt veel tekenwerk.

A. Smit

stopnexthome

Als je een rechte hoek in een driehoek hebt, en je hebt of een hoek en een zijde, of 2 zijden, kun je alle andere zijden/hoeken berekenen.

Vectoren 2De zwaartekracht trekt een voorwerp naar beneden, maar op een helling zal een bal gaan rollen. Dit komt omdat de zwaartekracht loodrecht naar beneden trekt, en niet loodrecht de grond in. We ontbinden de zwaartekracht daarom in een parallelle zwaartekracht (Fz,//) en een loodrechte zwaartekracht (Fz,┴).

Dit is nodig, omdat we bij de versnelling op een berg door de zwaartekracht, niet a=Fz/m, maar a=(Fz,//)/m moeten doen. (we verwaarlozen rol en luchtwrijving hier). Fz,┴ wordt immers door de normaalkracht opgeheven.

A. Smit

stopnexthome

Vectoren 2We nemen een berg met een hellingshoek van 30 graden. In de winter gaan mensen met de slee van de berg af. Ze maken snelheid, omdat Fz,// groter is dan de tegenwerkende wrijvingskracht. We gaan rustig opbouwen wat we hebben.

A. Smit

stopnexthome

30 ͦ

sleeStart demo

Fz

1) Teken lijn evenwijdig aan helling door Fz

Teken lijn door zwaartepunt loodrecht op helling en snijdt met 1) : dit is Fz, ┴

2) Teken lijn door zwaartepunt evenwijdig aan helling

Fz, ┴

Teken lijn door Fz // Fz, ┴ : zwaartepunt tot snijpunt is Fz,//

Fz, //

Fn=Fz, ┴

Vectoren 2

We zien nu 3 gelijkvormige driehoeken:

(snavelfiguur en Z-hoeken)

slee

Fz, ┴

Fz, //

30 ͦ

Fz

30 ͦ

Fz

Fz, ┴

Fz, //

30 ͦ

30 ͦ

stopnexthome

Fz Fz

Vectoren 2

Dus geldt er, als we voor de hellingshoek x nemen:

Fz,// = sin(x) * Fz

Fz, ┴ = cos (x) * Fz

slee

Fz, ┴

Fz, //

x

Fz

x

Fz

Fz, ┴

Fz, //

x

x

stopnexthome

Fz Fz

Vectoren 2Rekenvoorbeeld. Op een berg met een hellingshoek van 20 graden, ga ik met een slee naar beneden. De massa van mij en de slee bedraagt 90kg. Ik ondervind een constante wrijvingskracht van 40N op de slee. Bereken mijn versnelling.

A. Smit

stopnexthome

antwoord Fz, ┴ = Fn, dus deze doet niet mee. Fz,//=Fz*sin(20)=90*9,81*sin(20) =302N Fres = Fz,// - Fwr = 302-40 = 261Na=Fres/m=261/90=2,91 m/s²

Einde krachten

A. Smit

stopnexthome

Kernfysica

A. Smit

stopnexthome

Radioactiviteit 5 VWO

Radioactiviteit 6 VWO

Radioactiviteit5 vwo

A. Smit

stopnexthome

- Inleiding kernfysica- Isotopen en deeltjes- Vervalreacties- Soorten/bronnen ioniserende straling- Bescherming/afscherming- Activiteit- Stralingseffecten

Kernfysica

1

1000

De afmetingen van een atoomkern t.o.v. schil

Protonen Neutronen Elektronen

Symbool 11p(+) 1

0n 0-1e(-)

Massa ≈u=1,66ᴇ-27kg ≈u=1,66ᴇ-27kg ≈0=9,11ᴇ-31kg

Lading =1e=1,61ᴇ-19C 0 =-1e=-1,61ᴇ-19C

Aantallen Atoomnummer=Z

N Z-V

Ladingsgetal

Massagetal:A=Z+NMatoom=A*u

Valentie van het ion

A. Smit

stopnexthome

Kernfysica

Rekenvoorbeeld:56

26Fe3+

Geef het aantal protonen, neutronen, elektronen, massa(kg) en de lading van de kern

p = 26

n = 30

e = 23

m = 56u=56*1,66ᴇ-27

= 9,3ᴇ-26kg

q = 26*1,61ᴇ-19 = 4,19ᴇ-18

ZAXV

N

massagetal

atoomnummer

valentie

Aantal atomen in molecuul

A. Smit

stopnexthome

Antwoord

Isotopen

Isotoop: ander massagetal, zelfde aantal protonen.

Binas T25:

Cu-63

Cu-64

Cu-65

2 soorten isotopen

stabiele instabiele

Komen in natuur voor.(Kolom 5)

Komen niet in natuur voor.(Kolom 5)

Vertonen geen verval (Kolom 6 en 7)

Vertonen wel verval. (Kolom 6 en 7)

A. Smit

stopnexthome

DeeltjesBij instabiele isotopen komen vervalreacties voor. Er ontstaan dan deeltjes. Deze staan in kolom 7. De volgende deeltjes kunnen er staan. Deze moet je van buiten leren!

α-deeltje: 42He2+

β--deeltje: 0-1e-

Neutron: 10n

Proton: 11p+

γ-deeltje: 00γ foton:

energiepakketjeβ+-deeltje: 0

-1e+ positron!

Het wordt nog gekker. Want het volgende blijkt ook voor te komen:00γ → 0

-1e- + 01e+

A. Smit

stopnexthome

Vervalreacties

Afspraak

Bij vervalreacties gaat het om de hoeveelheid neutronen en protonen. Het aantal elektronen wordt vaak buiten beschouwing gelaten.

Dus

wordt vaker geschreven als

Nu schrijven wij de deeltjes altijd in de molecuulformule. De valentie doet er hier dus niet toe.

A. Smit

stopnexthome

VervalreactiesRekenvoorbeeld

Geef de reactievergelijking:

1) van het verval van de α-actieve fransium isotoop.

2) van het verval van de meest stabiele β-actieve fransium isotoop.

A. Smit

stopnexthome

Antwoorden

1) 22187Fr → 4

2He + 21785At

2) 22387Fr → 0

-1e + 22388Ra (+ 0

0γ) 1 proton meer, dus 1 neutron minder en 1 elektron meer:10n → 0

-1e- + 11p+

Antwoord

Hoe kan dat?

Soorten ioniserende straling

A. Smit

stopnexthome

α (42He) β (0

-1e) γ (00γ)

massa (m) 4u <1/1000 * u 0

lading (q) 2e -e 0

ioniserend vermogen

sterk gemiddeld zwak

doordringend vermogen

zwak gemiddeld sterk

dracht ρ=103 (water)ρ=101 (lucht)

10-5m10-2m

10-2m10-1m

10-1m10-3m

soorten kanker

huid, long, maag, darm

teelbal, eierstok, borst

bloed, lymfe

Einde radioactiviteit 5 vwo

A. Smit

stopnexthome

Radioactiviteit6 vwo

A. Smit

stopnexthome

Einde radioactiviteit 6 vwo

A. Smit

stopnexthome

Elektriciteit

ElektrodynamicaFysische

informaticaElektrostatica

A. Smit

stopnexthome

U, I, P, R, E Ε, Β, φ U

Energie distributie

Veldentheorie Informatie overdracht

U≈230V 0V<U<5V

Sterkstroom Zwakstroom

Fysische informatica

A. Smit

stopnexthome

- Blokschema’s- Sensoren - Grootheden- Binair rekenen- Gates- AD-convertor

BLOKSCHEMA’S

Input Verwerken Output

Waarnemen

Sensoren

Licht, geluid, druk

Denken

Gates

&, or, invertoren, transistoren, tellers, geheugencellen

Doen

Actuatoren

Lamp, zoemer, motor, display

A. Smit

stopnexthome

SENSOREN

Een sensor meet één natuurkundige grootheid en zet deze om in een spanning

onafhankelijkeafhankelijke

U (V)↑

→t ( ͦC)

A. Smit

stopnexthome

SENSOREN

U (V)

↑

→t ( ͦC)

Ijkkromme sensorkarakteristiek

50

5

0

0

1) Bereik: de waarde van de ingangsgrootheid, waarbij 0V≤U≤5V.

Vb: tussen 0 en 50 ͦC.

2) Lineariteit: de mate waarin U lineair loopt met de te meten grootheid.

Vb: lineair tussen 10 en 40 ͦC.

3) Gevoeligheid: mate waarin de spanning verandert bij een kleine verandering van de te meten grootheid.

Gevoeligheid = ΔU/ Δt

Vb: (5-1)/(50-10)=0,1V/ ͦC

4) Nauwkeurigheid/ reproduceerbaarheid:

Mate waarin de sensor bij dezelfde waarde van de te meten grootheid ook dezelfde spanning afgeeft.

Hoe onreproduceerbaarder, hoe breder de grafiek.

=RCA. Smit

stopnexthome

GROOTHEDEN

Continu Discreetgrootheid die alle mogelijk denkbare waarden kan hebben.

grootheid die slechts bepaalde waarden kan hebben.

Binairwaarde is 1 of 0 (hoog of laag).

Analoog DigitaalElke waarde is mogelijk.

(bv: wijzers of thermometer)

Weergeven in cijfers.

WEERGAVE

Vb: klok met wijzers

Vb: opendag teller

Vb: digitale voltmeter

Vb: aanmeldingen wijzer

A. Smit

stopnexthome

BINAIR REKENEN (VERRIJKING)

Velen hebben moeite met de binaire getallen, waar het eigenlijk veel simpeler is. Waar wij met een stelsel van 10 getallen werken (0t/m9), werkt het binaire stelsel slechts met 2 getallen: 0 en 1.

Binair rekenen valt dus redelijk mee.

0 + 0 = 0

0 + 1 = 1

1 + 0 = 1

1 + 1 = 10 (2 bestaat niet, noch 3 t/m 9, dus 10)

En zo is

10 + 1 = 11

10 + 10 = 100

111 + 1 = 1000

A. Smit

stopnexthome

GATESWe hebben verschillende soorten gates. Op het systeembord staan alleen or en and. De input van gates is altijd binair.

Input A Input B Output (A+B)

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

AND-gate (EN-poort)

OR-gate (OF-poort)

Input A Input B Output (A+B)

0 0 0

0 1 1

1 0 1

1 1 1

A. Smit

stopnexthome

GATESWe hebben ook een inverter op het systeembord.

Deze draait het binaire signaal om. (maakt van ‘0’ ‘1’ en van ‘1’ ‘0’)

Inverter: Binair -Binair

Een transistor is een soort inverter. Bij een ingangsspanning <0,7V zal de transistor een hoge uitgangsspanning (5V) geven. (‘1’ signaal) Bij een ingangsspanning >0,7V zal de transistor een lage uitgangsspanning (0V) geven (‘0’ signaal).

Transistor: Continu -BinairUuit (V)

↑

→Uin (V)

0,7

5,0

00 5,0 A. Smit

stopnexthome

GATES

Uuit (V)

↑

→Uin (V)Uref

5,0

00

Een comparator is een vergelijker. Bij een ingangsspanning <Uref zal de comparator een lage uitgangsspanning (0V) geven. (‘0’ signaal) Bij een ingangsspanning >Uref zal de comparator een hoge uitgangsspanning (5V) geven (‘1’ signaal).

Comparator: Continu Binair

5,0A. Smit

stopnexthome

AD-CONVERTERDe plaats waar je een ‘1’ of ‘0’ kunt zetten wordt een bit genoemd. Iedere bit heeft 2 standen om op te kunnen staan. Een bit heeft dus 2^1=2 mogelijkheden. Zo hebben 3 bits 2^3=8 mogelijkheden.

De AD converter maakt een binaire code van een ingangsspanning. De stapgrootte, ofwel resolutie, kan met de volgende formule worden berekend:

Resolutie= bereikgrootte/(2^bits)

Rekenvoorbeeld:

B=[3,9] V

8 bits.

Hoeveelste interval (ofwel, op hoeveelste code) vind je U=4,12V

A. Smit

stopnexthome

Rekenvoorbeeld:

B=[3,9] V

8 bits.

Hoeveelste interval (ofwel, op hoeveelste bit) vind je U=4,12V

Oplossing: resolutie=9-3/(2^8) = 0,0234375

Interval = (Umoment-Ubegin)/resolutie = (4,12-3)/0,0234375=47,78.

Nu even nadenken. Bij de eerste bit zou de spanning tussen 0V en 0,0234375V liggen. We moeten dus naar boven afronden (want eerste bit =0,..)

Het antwoord is dus op het 48ste interval.

AD-CONVERTER

Let op! Dit is dus het getal 49! (want

eerste interval is ‘0’)

A. Smit

stopnexthome

Einde fysische informatica

A. Smit

stopnexthome

Trillingen, golven, geluid, optica

A. Smit

stopnexthome

Door A. Smit

U bent aan het einde gekomen van deze presentatie over de belangrijkste onderwerpen in de natuurkunde. Ik hoop dat u de kennis in deze presentatie goed heeft kunnen gebruiken.

Deze presentatie vervangt de boeken echter niet geheel. Het is een samenvatting van de belangrijkste onderdelen. Daarnaast moet u ook in staat zijn practica uit te voeren.

Stoppen Home