• 15 minuten

• llustreren

• Massa-veersysteem - trillingstijd - amplitude - frequentie

In deze PhET-simulatie kun je een massa-veersysteem simuleren. Je kunt verschillende massa’s aan virtuele veren hangen en hierbij ook de veerconstante, de gravitatiekracht en de demping zelf instellen. Hierbij is het mogelijk om verschillende grootheden weer te geven, zoals de snelheid, versnelling en verschillende energieën.

In de klas kun je de simulatie gebruiken bij de introductie van de wet van Hooke, door achtereenvolgens verschillende massa’s aan de veer te hangen en met behulp van de liniaal-tool het verschil in uitrekking te meten. Uiteraard laat je dit vervolgens ook zien voor verschillende veerconstanten. In een klassengesprek kun je de leerlingen laten nadenken over de invloed van bijvoorbeeld de zwaartekrachtversnelling of wat de massa zou kunnen zijn van één van de gekleurde blokken met onbekende massa.

Bij het onderwerp “Trillingen en Golven” biedt de applicatie mogelijkheid om te onderzoeken wat de invloed is van de veerconstante en de massa van het systeem op de trillingstijd. Uiteraard is hierbij ook goed te zien dat de uitwijking geen invloed heeft op de periode. Tip: maak gebruik van de pauzeknop en de “slow”-modus rechts onderin het scherm!

Leerdoelen

• De leerling kan krachten op een systeem analyseren, waaronder de veerkracht.

• De leerling kan trillingsverschijnselen analyseren.

Vragen aan de klas

Bij de introductie van de veerkracht:

• (Bij twee verschillende massa’s) Hoe komt het dat de veren niet even ver uitgerekt zijn?

• Wat moet er gebeuren als ik wil dat deze toch dezelfde uitrekking hebben?

• (Bij twee verschillende veerconstanten) Deze massa’s zijn even groot, hoe komt het dat de uitrekking toch gelijk is?

Bij de toepassing van de theorie van de veerkracht:

• Hoe kan ik erachter komen wat de massa is van deze gekleurde blokken?

• Wat moet ik doen om achter de veerconstante te komen?

Bij de introductie van de trillingen in het massa-veersysteem:

• Als ik een grotere massa aan dezelfde veer hang, wat denk je dan dat er gaat gebeuren met de trillingstijd?

• Welke krachten werken er nu op het massa-veersysteem?

• In welke richting staat de nettokracht als de veer naar het laagste punt beweegt?

Bij de toepassing van trillingen in het massa-veersysteem:

• Wat gebeurt er met de trillingstijd als ik de amplitude groter maak?

• Ik wil de trillingstijd korter maken, wat zijn dan twee dingen die ik kan doen in dit systeem?

Varieer een keer!

Lestip 1: Modelleren met trillingen en golven
Eén van de bekendere recursieve relaties is die in een massa-veersysteem. Bij de introductie van modelleren kun je gebruik maken van deze simulatie om te laten zien waarom je een numeriek model nodig hebt. In het tabblad “vectors” zie je mooi hoe de veerkracht afhangt van de uitrekking.
Als de leerlingen een stapje verder zijn, kun je de simulatie ook gebruiken om de leerlingen een modelleeropdracht te geven (“Maak zelf een model van deze beweging!”) of hun eigen model te controleren (“Maak een grafiek van de veerkracht, komt die overeen met hetgeen je ziet in de simulatie?) .

Lestip 2: Maak er een spelletje van!
Je kunt de leerlingen aan het begin van de les deze simulatie geven en ze vervolgens de opdracht geven om in tweetallen zo snel mogelijk achter de massa van de drie gekleurde blokjes te komen. Het tweetal dat het eerste achter het antwoord is, verdient een kleine prijs. Tip: Gebruik een kartonnen bekertje, schrijf er met stift “Wisselbeker” op en geef deze een mooie plek in het lokaal!

Lestip 3: Computerpracticum trillingen en golven
Gebruik de simulatie om leerlingen het verband af te laten leiden tussen de trillingstijd en de massa. In het tabblad “Lab” kun je zelf de massa aanpassen. Als je gebruik maakt van de slow-modus en de stopwatch aan de rechterkant van het scherm, is het eenvoudig om je metingen te doen, zelfs bij kleine massa’s. Je kunt de demping op 0 zetten om de metingen nog duidelijker te maken.