Natuurkunde

Ieder jaar vinden er aardbevingen plaats. Een voorbeeld is de aardbeving in Nepal in 2015. Deze was 8,1 op de schaal van Richter. Maar wat betekent dit nu eigenlijk? En hoe weten we waar de aardbeving precies begonnen is? Aan de hand van deze module worden de antwoorden op deze vragen duidelijk.

• Sluit aan bij: subdomein Geofysica binnen het examenprogramma natuurkunde.  De kandidaat kan in de context van geofysische systemen fysische verschijnselen en processen beschrijven, analyseren en verklaren.

• TU Delft opleiding: Technische Natuurkunde

Wind is onregelmatig en onvoorspelbaar, windmolens kunnen niet altijd optimaal ingezet worden. Elektriciteitscentrales dienen bij weinig wind genoeg vermogen te hebben. Het opslaan van windenergie kan ervoor zorgen dat er minder elektriciteitscentrales nodig zijn. Windenergie zou grootschalig kunnen worden opgeslagen in een "omgekeerd stuwmeer", bijvoorbeeld met een eiland in de Noordzee. Het teveel aan windenergie wordt dan opgeslagen en bij windstilte wordt deze energie gebruikt.

De leerlingen buigen zich over problemen bij de realisatie van een omgekeerd stuwmeer. De opbrengsten vormen een aanzienlijk deel van het vraagstuk, maar er zijn ook verschillende belanghebbers. Deze case is gebaseerd op een eerstejaarsproject van de opleiding Technische Bestuurskunde.

• Sluit aan bij: integratie (van rho*g*h*dh) binnen wiskunde en zwaarte-energie en  rendement binnen natuurkunde.

• TU Delft opleiding: Technische Bestuurskunde

Venetië heeft jaarlijks last van overstromingen, waarbij een deel van de stad onder water komt te staan. De overstromingen in Venetië worden steeds heftiger: in vergelijking met 100 jaar geleden is het gemiddelde waterpeil met 23 cm gestegen!

Hoe beheersen we dit waterpeil, hoe beschermen we de inwoners en kunstwerken van Venetië? Leerlingen berekenen wat het effect is van de nieuwe waterkering voor de kust van Venetië. Deze case is gebaseerd op de kennis die is opgedaan tijdens het MOSE-project waaraan Nederlandse waterbouwkundigen meewerken.

• TU Delft opleiding: Civiele Techniek

Sander is student Industrieel Ontwerpen en Werktuigbouwkunde, als bijbaantje geeft hij snowboardles. Daar heeft hij Bibian ontmoet, zij is 6 maal Nederlands kampioen snowboarden. Zelfs met een onderbeenprothese is Bibian in 2002 Nederlands kampioen op het onderdeel snowboardcross geworden. De prothese van Bibian is goed, maar mist stuurmogelijkheden en comfort. Sander en Bibian proberen samen een betere prothese te ontwerpen. 

De leerlingen verdiepen zich in de ontwerpproblemen rondom de nieuwe prothese. Het doel is de bewegings- en stuurmogelijkheden te vergroten, maar daarbij wel rekening houdend met het comfort.

• Sluit aan bij: afsluiting van het hoofdstuk beweging en kracht

• TU Delft opleiding: Werktuigbouwkunde, Industrieel Ontwerpen

Tussen watersporten als surfen, zeilen en kitesurfen een heuse concurrentiestrijd over de maximaal te behalen snelheid. De verschillende typen watersporten hebben allemaal andere voordelen waardoor ze sneller zouden moeten kunnen. Rolf is Nederlands kampioen speed kitesurfen en hij wil graag de snelste watersporter zijn. Rolf studeert Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek. De kennis die hij tijdens zijn studie heeft opgedaan zet hij in om de perfecte combinatie board en kite te ontwerpen, een die onverslaanbaar is. Hierbij zijn verschillende factoren belangrijk: de lijnen, de kite, het board en de surfer. Leerlingen brainstormen tijdens deze case over de verschillende mogelijkheden om sneller te gaan. Vervolgens maken ze opgaven waarbij ze erachter komen met welke krachten een kitesurfer rekening moet houden. 

• Benodigde kennis: 2e graadsvergelijkingen oplossen, maximum uitrekenen, cos α  toepassen, differentiëren (geldt voor 4v en 4h met wisB), werken met grafische rekenmachine

• TU Delft opleiding: Aerospace Engineering, Werktuigbouwkunde en Civiele Techniek

Op welke hoogte komen de verschillende wolkentypen voor? In deze module worden luchtvochtigheid, druk, temperatuurverandering en de gaswet uitgelegd aan de hand van de demonstratie. Afhankelijk van het niveau van de klas kan er in meer of mindere mate worden ingegaan op de natuurkundige theorie. Zaken die toegevoegd kunnen worden: adiabatische en isotherme processen, druk-volume diagrammen met adiabatische processen en isothermen.

• Sluit aan bij: Subdomein G2 Geofysica en Subdomein E1 Eigenschappen van stoffen en materialen uit het Examenprogramma natuurkunde. De module kan gebruikt worden als toevoeging bij de gaswet en laat leerlingen duidelijk zien wat natuurkunde in de praktijk is.
  
  
• TU Delft opleiding: Technische Natuurkunde

Iedere twee jaar vindt de World Solar Challenge plaats in Australie. Delftse studenten doen met het Nuon Solar team mee aan deze race. Om een snelle auto te bouwen die op zonne-energie rijdt wordt een team gevormd met studenten uit de verschillende technische disciplines. De studenten zetten zich een jaar lang in om een steeds betere auto te ontwerpen. 

Leerlingen maken in deze case kennis met het ontwerpproces, vervolgens behandelen zij theorie die noodzakelijk is voor het ontwerpen. De gastles over de Nuna-wagen is er voor 3 verschillende niveau's: voor 3 vwo (over snelheid), 4 vwo (over krachten) en 5 vwo (over energie). 

• Benodigde kennis gastles 3 vwo: x = v*t

• Benodigde kennis gastles 4 vwo: het aangrijpingspunt van krachten, momentenwet, draaipunt en massamiddelpunt, krachtenbalans (som van de krachten is nul)

• Benodigde kennis gastles 5 vwo: het gegeven dat Watt het aantal Joule per seconde is

• TU Delft opleiding: Aerospace Engineering, Werktuigbouwkunde, Technische Natuurkunde, Molecular Science & Technology en Electrical Engineering