Embed Size (px)
DESCRIPTION
Eindwerk Bachelor in het secundair onderwijs
Citation preview
0
Buntinx Davy
Fysica in
tv-series
en films
1
Woord vooraf
Leerlingen komen in heel wat vakken in aanraking met filmfragmenten. Denk maar aan
vakken zoals biologie en geschiedenis die aanschouwelijk gemaakt worden met behulp
van video.
In de fysica gebruikt men dit zelden. De aanschouwelijkheid in een les wetenschappen
moet vooral komen van het uitvoeren van experimenten.
Toch zie ik een meerwaarde in het gebruik van (populaire) films en tv-series in het
klaslokaal. Niet enkel om een afwisseling in werkvormen te bekomen, ook om de
leerlingen met een kritische blik naar het gebruik en de voorstelling van wetenschap in
Hollywood te leren kijken.
Dit eindwerk dient als onderzoek naar het gebruik hiervan in de lessen fysica. Hierbij heb
ik me dan ook niet willen beperken tot de decretale specifieke eindterm wetenschappen
28: “Informatie uit media en literatuur toetsen aan wetenschappelijke kennis.”
Ik heb ervoor gekozen om in eerste instantie het leerplan fysica van de tweede graad
erbij te nemen en te kijken bij welke leerstofonderdelen het mogelijk is om populaire
films en tv-series te gebruiken als voorbeeld of als (foutieve) link naar de werkelijkheid.
Vervolgens ben ik nagegaan in welke mate bekende fysici en technologische evoluties in
beeld worden gebracht.
Hierna heb ik een opsomming gemaakt van enkele populaire wetenschapsprogramma’s
die de laatste jaren een sterke opmars gemaakt hebben.
Tot slot heb ik ook een kant-en-klaar demopracticum aangaande de archimedeskracht
opgesteld waarbij het fragment over de Titanic te linken valt.
Ik wens ook nog enkele personen te danken, zonder wie ik dit eindwerk nooit tot een
vruchtbaar einde had kunnen brengen.
Vooreerst mijn ouders, Leonie en Rene, die mij steeds zijn blijven steunen in mijn
studiekeuze en mij alle kansen en mogelijkheden hebben geboden om hierin te slagen.
Voorst ook mijn vriendin, Lieve, die mij steeds weer op het juiste pad krijgt wanneer het
even moeilijk gaat, die de dingen kan relativeren waar ze voor mij reeds te zwaar wegen.
Ook mijn promoter en fysicalector, Nele Vandamme, wens ik van harte te bedanken voor
haar begeleiding gedurende mijn derde jaar.
2
Inhoudstafel
Woord vooraf ........................................................................................................ 1
1 Optica ............................................................................................................... 5
1.1 Voortplanting van het licht ............................................................................. 5
1.1.1 Leerplandoelstellingen ............................................................................. 5
1.1.2 Laserstralen ........................................................................................... 5
1.1.3 Schaduwvorming: The Simpsons & Independence Day ................................ 6
1.1.4 Sin City: een film noir ............................................................................. 7
1.2 Terugkaatsing bij vlakke spiegels .................................................................... 9
1.2.1 Leerplandoelstellingen ............................................................................. 9
1.2.2 Spiegelbeeld .......................................................................................... 9
1.2.3 Archimedes’ zonnestraal des doods ......................................................... 10
1.3 Lenzen ...................................................................................................... 13
1.3.1 Leerplandoelstellingen ........................................................................... 13
1.3.2 Werking 3D-TV’s .................................................................................. 13
1.3.3 Tilt-Shift, spelen met de lens ................................................................. 16
1.4 Optische toestellen ..................................................................................... 18
1.4.1 Leerplandoelstellingen ........................................................................... 18
1.4.2 De werking van een filmprojector ........................................................... 18
2 Fenomenologische benadering van het deeltjesmodel ............................................ 20
2.1 Leerplandoelstellingen.............................................................................. 20
2.2 Cohesie en adhesie: Terminator 2 en Heroes .............................................. 20
3 Krachten .......................................................................................................... 22
3.1 Leerplandoelstellingen.............................................................................. 22
3.2 De wet van Archimedes: Titanic ................................................................ 22
3.3 Elastisch systeem: De veer: MacGyver ....................................................... 24
3.4 Zinken, zweven, drijven: Up ..................................................................... 25
4 Kracht en beweging .......................................................................................... 26
4.1 Leerplandoelstellingen.............................................................................. 26
4.2 Actie en reactie: kogel ............................................................................. 26
4.3 Wrijving: motoren van een ruimteschip ...................................................... 28
4.4 Traagheid: Grote ruimteschepen vs. kleine ruimteschepen ........................... 29
3
4.5 Vrij bewegen in de ruimte ........................................................................ 30
5 Arbeid, energie, vermogen ................................................................................. 32
5.1 Leerplandoelstellingen.............................................................................. 32
5.2 Tarzan: Mechanische energie .................................................................... 32
5.3 Lost: Slinger van Foucault ........................................................................ 34
5.4 Milieuaspecten: The Simpsons .................................................................. 35
6 Druk ............................................................................................................... 37
6.1 Leerplandoelstellingen.............................................................................. 37
6.2 Druk in een vloeistof: duikbootfilms ........................................................... 37
6.3 Deur openen in een vliegtuig .................................................................... 39
7 Warmte en energie ........................................................................................... 42
7.1 Leerplandoelstellingen.............................................................................. 42
7.2 Lawrence of Arabia .................................................................................. 42
8 Gemeenschappelijke eindtermen voor wetenschappen ........................................... 43
8.1 Wetenschap en samenleving ..................................................................... 43
8.2 Films over bekende fysici ......................................................................... 44
8.3 From the Earth to the Moon ...................................................................... 45
9 Populaire fysica op TV ....................................................................................... 46
9.1 Mythbusters ............................................................................................ 46
9.2 Brainiac: Science Abuse ........................................................................... 48
9.3 Richard Hammond’s Engineering Connection ............................................... 49
9.4 Hoe? Zo! ................................................................................................ 50
9.5 Into The Universe with Stephen Hawking ................................................... 51
10 Werkblad “Titanic”........................................................................................... 52
Figuren en bronnenlijst......................................................................................... 53
4
“De meest opwindende woorden die
men kan horen in de wetenschap,
die woorden die nieuwe
ontdekkingen inluiden, zijn niet:
„Eureka, ik heb het gevonden!‟,
maar: „Haha, grapjas!‟”
- Isaac Asimov (1920-1999)
5
1 Optica
1.1 Voortplanting van het licht
1.1.1 Leerplandoelstellingen
(6) De begrippen lichtbron en donker lichaam omschrijven.
(7) Het onderscheid maken tussen ondoorschijnende, doorschijnende en
doorzichtige voorwerpen.
(8) De drie soorten lichtbundels herkennen, benoemen en tekenen.
(9) Aantonen en illustreren dat licht zich in een homogeen midden rechtlijnig
voortplant.
(10) De schaduwvorming verklaren als gevolg van de rechtlijnige voorplanting van
het licht in een homogeen midden.
(11) Het onderscheid aangeven tussen de begrippen “grootheid” en “eenheid”. De
SI-eenheden samen met de meest gebruikte veelvouden en delen van de
aangebrachte grootheden aangeven, omzetten en gebruiken en de
meetapparatuur gebruiken om lengte te meten.
1.1.2 Laserstralen
Wanneer je een proef uitvoert waarin je gebruik maakt van lichtstralen dan moet je
ervoor zorgen dat deze lichtstralen zichtbaar worden. Vaak gebruiken leerkrachten
hiervoor wat krijtstof. Dit is nodig, want de lichtstralen worden gebroken door de
stofdeeltje en komen zo in het oog van de waarnemer – in dit geval de leerlingen –
terecht.
Voor de leerlingen kan het echter als onlogisch overkomen dat je lichtstralen – en dan
meer bepaald laserstralen – zichtbaar moet maken. In heel wat films, vooral actie- en
sciencefictionfilms – zijn laserstralen steeds zichtbaar. Zo heeft men in Star Wars de
lasergeweren, waarbij je licht uit het wapen ziet komen. Dit zou in het echt niet kunnen,
gezien men een laserstraal niet ziet, tenzij men ervoor zorgt dat deze ergens op kan
weerkaatsen.
Wanneer je met een laser op de muur schijnt, zie je enkel een rood puntje op de muur,
gezien de muur de lichtstralen weerkaatst. De lichtbundel zelf zie je niet, deze wordt niet
voldoende weerkaatst. Je kan dit echter oplossen door een stof te verspreiden waardoor
de lichtstralen breken naar de waarnemer z’n oog, bijvoorbeeld krijtstof.
6
Filmmakers maken de laserstralen vaak zichtbaar,
meestal door computereffecten te gebruiken, om het
voor de kijkers duidelijk te maken dat het gaat om
lasers. Zo gaf George Lucas – de maker van de Star
Wars-films – toe dat de laserstralen die uit de
wapens komen zijn gebaseerd op de kogels die men
in echte wapens kan vinden. Hij was van mening
dat het doorsnee publiek niet zou doorhebben dat er
geschoten werd.
Bij bovenstaande fout moet opgemerkt worden dat in heel wat “inbraakfilms” dit wél juist
in beeld wordt gebracht. Dit gebeurt in deze films om de spanning van de bankoverval zo
hoog mogelijk te houden, want plotsklaps blijkt er een laserbeveiliging aanwezig te zijn!
In deze films hebben de dieven meestal als oplossing een spray of een soort krijtstof bij
zich om de laserstralen zichtbaar te houden.
1.1.3 Schaduwvorming: The Simpsons & Independence Day
In de tweedelige The Simpsons-aflevering “Who Shot Mr. Burns?” 1 beslist
kerncentralebaas Mr. Burns om de inwoners van de stad Springfield veel geld te
ontfutselen door ervoor te zorgen dat zij veel elektriciteit moeten gebruiken. Zijn plan
bestaat erin om een constante duisternis te creëren zodat ze steeds hun lichten zouden
laten branden.
Uiteindelijk besluit hij een grote beweegbare schijf boven de stad te bouwen. De stad
bevindt zich vervolgens in een volledige duisternis.
De makers van The Simpsons houden in deze aflevering geen rekening met zonnestralen
die niet rechtstreeks, maar via weerkaatsing in de stad terecht komen. Zo zal er aan de
rand van de stad slechts een gevoel van schaduw zijn, alsof men zich onder een afdak
bevindt. Onder een parasol zie je ook nog steeds alles, ook al is er geen sprake van
rechtstreeks invallende zonnestralen.
Het is daarentegen wel aannemelijk dat, wanneer men een zéér grote schijf zou bouwen
– dit is hier het geval want Springfield is best wel groot – dat in het centrum van de stad
een vorm van grote duisternis zou heersen. De weerkaatste lichtstralen waarvan aan de
rand van de stad nog sprake zou zijn vinden veel moeilijker hun weg naar het centrum,
gezien zij op heel wat obstakels stoten.
Figuur 1: Scènes uit Star Wars
7
Figuur 2: Scène uit Independence Day
Hetzelfde effect krijgt men ook te zien in de sciencefiction-film Independence Day 2 ,
waarin grote cirkelvormige ruimteschepen zich boven de grote wereldsteden plaatsen. Zo
zie je in een bepaalde scène – die ook in de trailer terug te vinden is – een schaduw zich
langzaam over Washington D.C. bewegen, wat aangeeft dat de ruimteschepen aan het
bewegen zijn. In deze film is er in de steden ook geen sprake van volledige duisternis,
maar eerder van een zware bijschaduw.
1.1.4 Sin City: een film noir
Sin City3 is een misdaadfilm uit 2005. Het is de verfilming van enkele delen uit de
gelijknamige stripreeks van Frank Miller4 uit de jaren ’90. De regisseur koos ervoor om te
filmen volgens de principes van de film noir om zo de speciale tekenstijl van de comics
trouw te blijven.
Een film noir – Frans voor “zwarte film” – is een film in een specifieke stijl en sfeer. De
hoogdagen van deze stijl begonnen met “The Maltese Falcon” in 1946 en eindigden met
“Touch of Evil” in 1958. De film noirs waren een reactie op de vooroorlogse melodrama’s
en politiefilms. Het optimisme en geloof in een rechtvaardige maatschappij had
plaatsgemaakt voor cynisme en toonde een wereld die bevolkt was door corrupte,
8
egoïstische en gewelddadige personages.5 Het zwarte waar men op duidt met de term
film noir duidt dus niet enkel op het zwart-wit in de kleuren maar ook op de vaak kille en
onaangename thematiek.
De film noir – met als technologisch hoogtepunt “Sin City” – is herkenbaar aan een
geheel eigen visuele stijl: met behulp van nieuwe visuele technieken gaat men op zoek
naar manieren om de innerlijke strijd van het hoofdpersonage vorm te geven.6
Eén van die technieken is “low-key lighting”. Bij de meeste Hollywood-producties is het
de gewoonte om zeer veel belichting te gebruiken, door veel lampen vanuit alle hoeken
te laten schijnen. Wanneer je goed oplet tijdens een populaire film, dan zal je zelden een
schaduw van iemand’s neus zien. Dit komt doordat het gezicht langs alle zijden fel
belicht wordt. Low-key lighting maakt gebruik van slechts één lichtbron en eventueel een
simpele reflector. Men belicht één zijde van een voorwerp om de contouren te
accentueren en gebruikt eventueel een reflector – meestal een wit scherm of doek - om
het contrast beter te kunnen regelen. Als resultaat krijg je uiteindelijk een beeld waar
1/8e belicht wordt, in tegenstelling tot een normaal beeld waar ongeveer alles belicht
wordt. Om goed gebruik te maken van low-key lighting heeft de regisseur Sin City
volledig ’s nachts opgenomen.
Figuur 3: Scène uit Sin City
9
1.2 Terugkaatsing bij vlakke spiegels
1.2.1 Leerplandoelstellingen
(12) Leerlingen kunnen de wetten van terugkaatsing van een lichtstraal door een
vlakke spiegel experimenteel afleiden.
(13) Aantonen en illustreren hoe bij vlakke spiegels de stralengang (constructies)
toelaat om de beeldvorming te voorspellen.
(14) Het onderscheid aangeven tussen de begrippen “grootheid” en “eenheid”. De
SI-eenheden samen met de meest gebruikte veelvouden en delen van de
aangebrachte grootheden aangeven, omzetten en gebruiken en de
meetapparatuur gebruiken om lengte te meten.
(15) In concrete of leefwereldsituaties het gezichtsveld van een vlakke spiegel
bepalen.
(16) (U) Sferische spiegels onderscheiden in holle en bolle en het verschil in
beeldvorming van een reëel voorwerp tussen beide omschrijven.
1.2.2 Spiegelbeeld
In heel wat films en tv-series zitten scènes waarin
een personage tot een belangrijk inzicht komt,
vaak zijn het de scènes waar een kantelmoment
plaatsvindt. Een veelgebruikte metafoor bevindt
zich in het “in een spiegel kijken”. Dit vind je reeds
in de stomme films uit de jaren ’20, met Charlie
Chaplin, Buster Keaton en het komische duo Laurel
en Hardy.
Eind jaren ’90 kwam er een verandering in het gebruik van de metafoor. Waar het
personage vroeger in een spiegel keek en dit feit redelijk droog in beeld werd gebracht,
filmde men nu vanuit een hoek de spiegel en zag men als het ware het personage naar
zichzelf kijken. De ogen van het personage keken naar het publiek. Nu men dit reeds een
decennium toepast is het een veelgebruikte techniek en wordt het zelfs als
vanzelfsprekend aanzien.
Het hoeft echter geen bewijs dat het onmogelijk is dat een persoon zichzelf in het midden
een kleine spiegel ziet en dat een camera die zich op enige afstand links of rechts van
deze persoon bevindt deze ook in het midden van die spiegel ziet. Indien men toch
bewijs wenst te geven kan men steeds referreren aan de brekingswet, die zegt dat de
hoek van inval gelijk moet zijn aan de hoek van terugkaatsing.
Figuur 4: Charlie Chaplin kijkt in de
spiegel naar zichzelf
10
Wanneer je naar een film of serie kijkt en
een gelijkaardige scène passeert de
revue, dan denk je hierbij zelden na,
gezien je bezig bent met het verhaal te
volgen. Het is echter wel waardevol voor
de algemene kennis van leerlingen om bij
dergelijke technieken even stil te staan.
Niet enkel kunnen ze de leerstof
aangaande spiegels toepassen in een
toffe omgeving, ze zien ook in dat
acteren en regisseren vaak meer inhoudt
en moeilijker is dan ze mogelijk denken.
1.2.3 Archimedes’ zonnestraal des doods
Figuur 6: Muurschildering
De oud-Grieks wiskundige en natuurkundige Archimedes leefde in de derde eeuw voor
Christus in de Siciliaanse havenstad Syracuse, dat vandaag deel uitmaakt van de
Werelderfgoedlijst van de UNESCO. In zijn tijd was hij vooral beroemd als uitvinder,
meerbepaald als wapenmaker. Eén van de meest tot de verbeelding sprekende wapens
die men in zijn geschriften en geschriften over hem vond was de zogenaamde
“zonnestraal des doods”.
De constructie bestaat uit een groot aantal holle spiegels, gericht naar de zon. Wanneer
de zonnestralen hierdoor weerkaatst worden krijgt men een convergerende lichtbundel.
In het punt waar de lichtstralen samenkomen, alvorens een divergerende lichtbundel te
Figuur 5: Homer Simpson kijkt in de spiegel
11
vormen, kan men zeer hoge temperaturen bekomen. Dit kan je door een loep boven een
hoopje droog gras te houden.
In het Amerikaans-Australische tv-programma MythBusters 7
hebben ze in een aantal verschillende afleveringen onderzocht
of dit wapen ooit zou kunnen werken. Tijdens de allereerste
test maakten ze gebruik van moderne spiegels (metaal +
glaslag) en kwam men tot een temperatuur van 140 °C, wat
niet hoog genoeg was om hun Romeinse namaakschip in brand
te laten schieten.
Er werden 7 redenen naar voor geschoven waarom de
“zonnestraal des doods” een nooit-bestane mythe moest zijn:
1. De zee ligt ten oosten van Syracuse, hierdoor moest
men onvermijdelijk gebruik maken van zonnestralen in
de ochtend.
2. Het lijkt onwaarschijnlijk dat een stad de militaire verdediging laat afhangen van
het weer. Bij bewolking kan het zéker nooit werken.
3. Het is aannemelijk dat de Romeinse oorlogsschepen bewogen, waardoor men de
“zonnestraal des doods” steeds opnieuw moest richten. Gezien het over een
constructie van honderden spiegels gaat kon dit waarschijnlijk niet snel genoeg.
4. De zeilen van de boten waren hoogst onontvlambaar vanwege hun lichte kleur en
hun beweeglijkheid ten gevolge van de wind.
5. De “zonnestraal des doods” werd voor de eerste keer vernoemd 800 jaar na de
slag om Syracuse waarin ze gebruikt zou zijn.
6. Men zou niet genoeg hebben aan één grote spiegel en één soldaat, zoals
voorgesteld op oude schilderijen, maar men zou heel wat spiegels en nog meer
soldaten nodig hebben om een boot snel in brand te steken.
7. Tot slot waren er heel wat alternatieven voor handen voor dit vergezochte wapen.
Zo konden ze brandende pijlen afschieten, of vuurballen katapulteren. Deze
kunnen veel sneller en makkelijker een brand veroorzaken, je kan er veel
makkelijker mee richten en je hebt er betrekkelijk minder mankracht voor nodig.
Op deze eerste aflevering kwamen er heel wat reacties en de makers van het programma
besloten om een oproep te doen aan de gehele wereld om de “zonnestraal des doods”
zelf uit te proberen. Hierop besloot het Amerikaanse Massachusetts Institute of
Technology (MIT) 8 om zélf het door Archimedes uitgevonden wapen te bouwen.
Gezamenlijk kwamen ze tot een constructie met 300 bronzen spiegels op 13 houten
rekken. Op enkele minuten tijd kregen zij hun constructie correct gericht. Uiteindelijk
Figuur 7: Historische
opstelling volgens
Archimedes
12
kregen ook zij het schip niet in brand, maar ze behaalden wel een temperatuur van
230 °C.
Als allerlaatste poging werd het schip op 23 meter van de spiegelconstructie gebracht en
kreeg men het in brand. De “zonnestraal des doods” is dus wel mogelijk, maar niet in de
praktische opstelling zoals historisch beschreven.
13
1.3 Lenzen
1.3.1 Leerplandoelstellingen
(22) De verschillende soorten lenzen herkennen. Bolle lenzen: het brandpunt
kunnen omschrijven.
(23) Beschrijven op welke wijze beeldvorming plaats vindt bij een bolle lens.
(24) Voor reële voorwerpspunten bij een bolle lens het beeld construeren door
gebruik te maken van karakteristieke stralen.
(25) Berekeningen maken met behulp van de lenzenformule over voorwerps-,
beeld-, brandpuntsafstand en vergroting bij een bolle lens.
(26) (U) De divergerende werking van een holle lens uitleggen.
1.3.2 Werking 3D-TV’s
Wanneer je rond je kijkt, dan zie je alles in drie dimensies. Elk oog vangt een beeld op
en doordat onze hersenen deze beelden samenvoegen krijgen we dieptezicht. Hierdoor
zien we in de drie dimensies, we kunnen van een kartonnen doos de hoogte, de breedte
en de diepte inschatten.
Wanneer we echter naar de bioscoop
gaan krijgen we 2D-beelden op het
scherm te zien. Dit komt doordat ze
met één camera filmen en je hetzelfde
effect krijgt als wanneer je één ooglid
gesloten houdt. De enige perceptie van
diepte die je krijgt is het kunnen
waarnemen of iemand zich achter een
bepaald voorwerp – bijvoorbeeld een
bureau – bevindt.
De laatste tijd is 3D populairder geworden, vooral onder invloed van de
bioscoopsuccessen “Up”9 van Pixar en “Avatar”10 van James Cameron. Deze films worden
opgenomen met twee camera’s die zich langs mekaar bevinden, net zoals onze ogen. Via
computers worden deze beelden samengevoegd en kan men de kijker ook in drie
dimensies het verhaal tonen.
Nu ook televisie-fabrikanten de weg naar 3D gevonden hebben, lijkt er een nieuw
tijdperk in TV-beleving aan te breken. Nu zijn er echter meerdere manier om 3D-beelden
te creëeren bij het kijken naar de televisie.11 Onderstaande mogelijkheden zijn geordend
volgens moment van uitvinding.
Figuur 8: We zien Scarface in twee dimensies
14
1 Passieve brillen
Deze 3D-technologie bestaat al jaren en wordt momenteel verder ontwikkeld door
Hyundai12. Op het televisiescherm zie je twee overlappende beelden die elk een andere
kleurtint hebben. De lenzen van de bril zijn gepolariseerd om slechts één van de beelden
door te laten. Hierdoor heeft elke lens een andere kleur. Men noemt dit passieve brillen,
aangezien de bril niets doet.
Normaal gesproken bewegen de trillingen van het licht in allerlei richtingen. Door middel
van een polarisatiefilter wordt de trillingsrichting van een lichtbundel teruggebracht tot
een trillingsrichting in één vlak. De overige lichtstralen worden door de filter
geabsorbeerd.
Figuur 9: Polarisatiefilter
2 Actieve brillen
Een actieve bril kan zelf de polarisatie van de lenzen aanpassen om zo de kijker van 3D-
beelden te voorzien. De bril synchroniseert deze verandering “refresh rate” – de snelheid
waarmee de beelden verversen, uitgedrukt in Hz – van de televisie, die daarvoor
draadloos met mekaar in contact moeten staan. Door gebruik te maken van deze
technologie kan iemand perfect naar een 2D-film zitten kijken en op elk gegeven
moment beslissen om z’n bril op te zetten en in 3D verder kijken.
Deze technologie wordt momenteel nog verder ontwikkeld door Samsung 13 en
Mitsubishi14. Het allergrootste nadeel is dat de actieve brillen naar alle waarschijnlijk zeer
duur zullen zijn – tot 100 euro.
Ik heb zelf het systeem met de actieve brillen mogen testen op het officiële launch-
evenement van Samsung te Brussel op maandag 31 mei 2010 en was sterk onder de
indruk van de kwaliteit. Eén groot nadeel dat haast nergens vermeld wordt is het feit dat
de actieve brillen van stroom voorzien moeten worden en je deze steeds dient op te
15
laden. Het dragen van de bril zelf was niet echt storend te noemen voor de beleving van
een film of voor het spelen van een computerspel. Je hoeft dan ook niet altijd deze bril te
dragen, waardoor men naar normale programma’s, zoals het Journaal, zonder bril kan
kijken.
Figuur 10: Actieve bril
Deze foto – die op het launch-evenement getrokken werd – laat duidelijk zien dat de
rechterlens op dat moment afgesloten wordt en dat de kijker het beeld via zijn linkeroog
ziet. Een fractie van een seconde later wordt het rechteroog blootgesteld aan een beeld
dat onder een andere hoek werd opgenomen, om zo 3D te simuleren.
3 Lenticulair
Deze technologie werd ontwikkeld door Philips15 en wordt vandaag reeds gebruikt. Om op
deze manier 3D-beelden te kunnen kijken heeft men geen brilletje nodig. Er wordt
gebruik gemaakt van een lens voor het tv-scherm die afzonderlijk verschillende beelden
stuurt naar je linker- en je rechteroog. Op het ene moment zie je dus met je linkeroog
een beeld, het volgende moment ziet je rechteroog dezelfde scène vanuit een andere
hoek. Op deze manier wordt het stereoscopisch beeld dat onze ogen vormt nagebootst.
Er is echter een heel groot nadeel, men moet zich op een specifieke plaats bevinden om
de beelden correct te ontvangen. Het is dus niet mogelijk om met een groep vrienden
naar één tv-toestel te kijken.
16
1.3.3 Tilt-Shift, spelen met de lens
Figuur 11: Tilt-shift-foto
Bovenstaande foto lijkt er eentje van een schaalmodelwereld vol met
miniatuurvliegtuigen, maar dat is slechts schijn. Er werd door de fotograaf gebruik
gemaakt van het “Tilt-Shift”-effect, een effect dat o.a. te zien was tijdens de
tussenfilmpjes van 1000 Zonnen en Villa Vanthilt, twee tv-programm’s van Eén uit 2009.
Zoals de naam reeds doet vermoeden bestaat het effect uit twee bewegingen.
Tilt
Bij een gewone camera spreekt men van 3 vlakken: het beeld-, het lens- en het
objectvlak. Bij een gewone foto zijn deze 3 vlakken parallel met mekaar. Hierdoor zijn
alle objecten die scherp in beeld gebracht worden op eenzelfde afstand van het lensvlak
te vinden.
Wanneer je het lensvlak doet hellen ten opzichte van het beeldvlak, dan is er een hoek
met het objectvlak en kan men meerdere afstanden scherp in beeld krijgen. Wanneer je
een vlak oppervlak – zoals bijvoorbeeld een landschap of bovenstaande luchthaven –
hebt, dan kan je dit op deze manier volledig scherp fotograferen.
17
Shift
Wanneer het objectvlak en beeldvlak parallel zijn met mekaar, dan zijn alle evenwijdige
lijnen ook op de foto parallel. Wanneer je op satellietfoto’s naar New York kijkt, dan zie
je mooi een schaakbordpatroon. Wanneer het objectvlak en het beeldvlak niet parallel
zijn, dan zijn sommige evenwijdige lijnen dit niet op de foto. Als men een foto maakt van
een wolkenkrabber door onderaan het gebouw naar boven te fotograferen, dan zijn de –
in werkelijkheid – evenwijdige lijnen op de foto snijdende lijnen. Hierdoor kan het bij de
wolkenkrabber lijken alsof deze achterover valt.
Het shift-effect is een verplaatsing van de lens parallel met het beeldvlak. Hierdoor kan
men de positie van het te fotograferen gebouw aanpassen zonder met de camera te
moeten bewegen. De lens van de camera wordt letterlijk verschoven, zoals te zien op
onderstaande foto.
Om het miniatuureffect te verkrijgen wordt meestal enkel met tilt gewerkt, en haast
nooit met shift. Toch spreekt men van het “Tilt-Shift”-effect.
Figuur 13: Foto van een wolkenkrabber Figuur 12: Camera met shift-lens
18
1.4 Optische toestellen
1.4.1 Leerplandoelstellingen
(27) De werking van de ooglens uitleggen bij het accomoderen en aangeven hoe
bolle lenzen gebruikt worden bij bepaalde oogcorrecties.
(28) Beschrijven op welke wijze beeldvorming plaatsvindt met een optisch toestel
zoals: loep, dia- en overheadprojector, fototoestel, ...
(29) De leerlingen kunnen wetenschappelijke principes in technische realisaties
herkennen.
1.4.2 De werking van een filmprojector
1 Spoelen
De spoelen dienen om de filmrollen op te bevestigen, zodat ze geleverd
kunnen worden aan de filmprojector. Er is een ontzettend grote
hoeveelheid film nodig voor een voorstelling.
De meeste films worden opgenomen op 35 mm-film. Wanneer
men deze film gebruikt krijgt men 16 frames op een lengte
van 30,5 cm. Filmprojectors tonen doorgaans 24 frames
per seconde, waarvoor er 45,7 cm filmrol nodig is. Om
één minuut film te tonen spreken we reeds van 0,46
meter. Een film van twee uur gebruikt 3,43 kilometer
film!
Omdat er zoveel film nodig is splitst men een film op in 5 of 6 filmrollen. Het is de rol van
de projectionist om ervoor te zorgen dat deze filmrollen naadloos in mekaar overgaan. In
de jaren ’60 gebeurde dit aan de hand van twee filmprojectors die telkens na mekaar
afspeelden. Op de projector die niet speelde moest de projectionist dan de volgende
filmrol monteren.
Eind jaren ’60 kwam er een systeem op de markt waarbij men verscheidene spoelen
boven mekaar kon plaatsen. Door het uiteinde van de ene filmrol telkens vast te plakken
aan het begin van de volgende filmrol kon de film in één stuk afgespeeld worden. Dit had
tot gevolg dat één projectionist makkelijk verschillende films tegelijk draaiende kon
houden, waardoor bioscopen meerdere zalen konden openen.
Momenteel wordt er haast geen gebruik meer gemaakt van spoelen in de grote
bioscoopcomplexen. Films worden op speciale harde schijven opgeslagen die via kabels
verbonden worden aan de projector. Dit heeft een veel beter beeld en een zwaar
verminderde werklast voor de projectionist als gevolg.
Figuur 14: Filmspoel
19
2 Bewegend beeld
Aan de zijkant van de filmrol zijn vierkante gaten gemaakt, deze passen over de tanden
van een tandwiel. Dit tandwiel wordt aangedreven door een elektrische motor tegen een
vaste snelheid.
Om bewegend beeld te krijgen is het belangrijk dat de film beeld per beeld voortbeweegd
en telkens een fractie van een seconde blijft stilstaan bij één beeld. Bij de meeste films
gebruikt men 24 beelden (“frames”) per minuut.
Op het uiteinde van de projector bevindt zich een schroef – vergelijkbaar met wat men
ziet bij een vliegtuig. Deze schroef dient ervoor om op bepaalde momenten licht door te
laten en op andere momenten het licht tegen te houden. Deze schroef wordt synchroon
gezet met de film en laat bijgevolg 24 keer per minuut licht door. Dit doet men om
telkens het juiste beeld te laten zien en niet de overgang van beeld tot beeld. Anders zou
men een heel troebel beeld krijgen.
3 Projectorlamp
Om de film te projectoren heeft men een speciale lichtbron nodig, men
gebruikt hiervoor meestal Xenon-lampen. Xenon is een gas dat, wanneer
het een grote dichtheid heeft, elektriciteit kan geleiden waardoor het een
heel sterke lichtbron wordt. Zo’n lamp heeft ook een grote
levensverwachting, tot 6000 uur – dat zijn 250 dagen.
De Xenon-lamp bevindt zich in een parabolische spiegel, die ervoor zorgt
dat alle licht richting de filmrol gaat. Via een ingewikkeld lenzensysteem
wordt de lichtbundel geoptimaliseerd. Doordat de lichtbundel zo
sterk geconcentreerd is, kan het een voorwerp zeer warm maken,
daarom is het van groot belang dat de filmrol nooit tot stilstand
komt, anders gaat deze onmiddelijk smelten.
4 Automatisering
Aan de zijkant van de filmrol bevestigt de projectionist soms cue
tape. Dit is een soort plakband die aan de buitenkant de
elektriciteit geleidt. Men kan deze bevestigen op een gekozen
tijdstip op de filmrol. Dit stukje cue tape rolt dan tussen twee
elektrische contacten door, waardoor er even een gesloten kring
ontstaat. Dit kan verschillende dingen automatiseren, zodat het
leven van de projectionist wat makkelijker wordt. Zo gebruikt
men dit onder andere om de lichten te dimmen of te doven.
Figuur 15: Xenon-
projectorlamp
Figuur 16: Cue tape
20
2 Fenomenologische benadering van het
deeltjesmodel
2.1 Leerplandoelstellingen
(38) De grootteorde van fysische grootheden aangeven.
(39) Uit de deelbaarheid en oplosbaarheid afleiden dat de stof is opgebouwd uit
uiterst kleine deeltjes.
(40) Uit de samendrukbaarheid afleiden dat er ruimte is tussen de deeltjes.
(41) Het begrip diffusie omschrijven en de invloed van de temperatuur op de
diffusiesnelheid toelichten.
(42) Uit het verschil in deelbaarheid tussen stoffen afleiden dat er krachten
werkzaam zijn tussen deeltjes.
(43) De begrippen cohesiekracht en adhesiekracht omschrijven.
(44) Verschillen in aggregatietoestanden verklaren met de verschillen in
cohesiekrachten tussen de deeltjes.
(45) Met behulp van de verschijnselen poreusheid, ondoordringbaarheid,
vervormbaarheid het ruimtelijke aspect van de materie toelichten.
(46) De leerlingen kunnen structuren met een visueel model voorstellen.
(47) De leerlingen kunnen twee- en driedimensionale voorstellingen van
structuren interpreteren.
2.2 Cohesie en adhesie: Terminator 2 en Heroes
In de film “Terminator 2: Judgment Day”16 wordt het
hoofdpersonage John Connor achterna gezeten door
een robot uit de toekomst die kan transformeren.
Wanneer je deze nogal ongeloofwaardige verhaallijn
even buiten beschouwing laat, dan kan je toch wel
een opmerkelijke vorm van cohesie waarnemen in
de special effects, waarvoor deze film een Academy
Award in ontvangst mocht nemen.
De vijand, de transformerende robot, bestaat uit een soort vloeibaar metaal dat elke
vorm kan aannemen. In de film wordt het metaal een “mimetic polyalloy” genoemd, iets
wat in werkelijkheid niet bestaat. Wanneer hij transformeert verandert hij eerst naar een
plasje metaal dat lijkt op kwik. Het valt op dat het hoopje moleculen zware
cohesiekrachten op mekaar moet uitvoeren, want het blijft een mooie compacte bubbel.
Figuur 17: Scène uit Terminator 2
21
De TV-serie “Heroes” 17 handelt over een groep mensen met speciale krachten. Een
personage uit het derde seizoen – Tracy Strauss18 – heeft als speciale gave de kracht om
dingen te doen bevriezen, wat haar de bijnaam “ijskoningin” oplevert. Hierbovenop kan
ze ook nog eens veranderen in een plasje water om zich zo te verplaatsen. Wanneer dit
gebeurt gebruikt men eenzelfde soort animatie voor het plasje water als in de
Terminator-situatie. Nu is het echter zo dat wanneer water over straat naar een afvoer
loopt druppels achtergelaten worden vanwege adhesie. Er zijn krachten die werken
tussen de molecule van het beton en het water, die voor een spoor zorgen. Dit is niet het
geval in de Heroes-animatie, wat een grove fout tegen de fysica is.
22
3 Krachten
3.1 Leerplandoelstellingen
(53) Rechtevenredige verbanden herkennen vanuit grafieken en het
functievoorschrift aangeven.
(54) Een kracht als oorzaak van vervorming herkennen.
(55) Het belang van het vectorieel karakter van een kracht toelichten.
(56) De zwaartekracht op een massa beschrijven en de zwaarteveldsterkte
formuleren.
(57) Een kracht als oorzaak van vervorming in een concrete situatie herkennen.
(58) De krachtconstante van een elastisch systeem experimenteel bepalen.
(59) De vervorming van een volkomen elastisch systeem uitdrukken in termen
van de uitgeoefende kracht, dit verband grafisch voorstellen en met een
voorbeeld illustreren.
(60) De wet van Archimedes voor een voorwerp ondergedompeld in een vloeistof
of gas omschrijven.
(61) Krachten volgens dezelfde richting en werklijn samenstellen.
(62) Zinken, zweven en stijgen van een voorwerp ondergedompeld in een
vloeistof of in een gas verklaren en met voorbeelden illustreren.
(63) (U) Het bepalen van de massadichtheid van een stof met behulp van de wet
van Archimedes beschrijven.
3.2 De wet van Archimedes: Titanic
Het legendarische verhaal van het zinkende schip Titanic
werd in 1997 meesterlijk verfilmd 19 door James
Cameron. Eén van de meest opmerkelijke dialogen komt
reeds in het begin van de film voor.
Mr. Andrews, ontwerper van de Titanic komt binnen met
een hoop ontwerptekeningen. Hij ontvouwt ze met grote
haast op de tafel. De anderen in de ruimte zijn kapitein
Smith en Mr. Ismay, een bestuurslid van de rederij
White Star Lines.
Kapitein Smith: “Hoe zit het met de pompen?”
Mr. Andrews: “Wat ik vanaf nu ook doe, de Titanic gaat ten onder.”
Mr. Ismay: “Maar dit schip mag niet zinken!”
Mr. Andrews: “M’n beste, ze is gemaakt van ijzer. Ik verzeker u dat ze zeker
kan zinken en dat ze dat ook zal doen! Het is een wiskundige zekerheid.”
Figuur 18: Titanic
23
Achter deze dialoog gaat het principe schuil waarom de Titanic in de eerste plaats kon
blijven drijven, maar ook waarom ze ten onder ging nadat ze een ijsberg raakte. Het
verhaal van de Titanic is een ideaal aangrijpingspunt om het principe van Archimedes uit
te leggen.
Een lichaam dat volledig of gedeeltelijk in een vloeistof gedompeld is ondervindt een
opwaartse kracht die gelijk is aan het gewicht van de verplaatste vloeistof. De
scheepsromp is dat deel van het schip dat zich onder water bevindt. De romp -
bestaande uit ijzer, maar vooral uit lucht - duwt een hoeveelheid water weg waardoor
het schip een opwaartse kracht ondergaat en kan blijven drijven.
De romp van de Titanic werd ontworpen om 66 000 ton water te verplaatsen, wat zorgt
voor een archimedeskracht van – afgerond - 647 000 N. Het totale gewicht van het schip
was 451 000 newton. Dit betekent dat het schip een netto opwaartse kracht van 196 000
N onderging, een soort van “reserve” waardoor het deel dat zichtbaar boven water bleef.
Dit betekent daarentegen ook dat als zij deze 196 000 N extra opwaartse kracht zou
kwijtgeraken, de zwaartekracht groter zou worden dan de opwaartse kracht, waardoor ze
zou zinken.
Figuur 19: Schets compartimenten
Vanuit de film (en de overgebleven ontwerptekeningen) weten we dat de scheepsromp
verdeeld was in 16 compartimenten. Om de feiten eenvoudig te houden gaan we ervan
uit dat alle compartimenten even groot zijn. Gezien de volledige scheepsromp voor een
archimedeskracht van 647 000 N zorgt, zal elk compartiment 647 000 N / 16 = 40 438 N
opwaartse kracht leveren.
Daarnaast weten we dat de Titanic gezonken is doordat een ijsberg in de wand van de
scheepsromp een gat geslagen had waardoor enkele compartimenten gevuld werden met
water. Hoeveel compartimenten kunnen we verliezen zonder te zinken?
24
1 compartiment loop vol: Netto opwaartse kracht: 196 000 – 40 438 = 155 562 N
2 compartimenten: Netto opwaartse kracht: 155 562 – 40 438 = 115 124 N
3 compartimenten: Netto opwaartse kracht: 115 125 – 40 438 = 74 686 N
4 compartimenten: Netto opwaartse kracht: 74 686 – 40 438 = 34 248 N
5 compartimenten: Netto opwaartse kracht: 34 248 – 40 438 = - 6 190 N
We kunnen 4 compartimenten verliezen, maar wanneer ook een vijfde compartiment
onder water loopt zal het schip onvermijdelijk zinken, gezien het schip dan een groter
gewicht heeft dan het verplaatste volume water.
Hierbij is het heel belangrijk om de bedenking te maken dat wanneer één of meerdere
compartimenten vol water lopen, het schip lager in het water gaat liggen, dus dat er
minder zichtbaar is van het schip.
Nadat een leerkracht deze uitleg gegeven heeft kunnen leerlingen zélf een schip bouwen
en nagaan wanneer het zal zinken. Concrete invulling van dit practicum vindt u
achteraan.
3.3 Elastisch systeem: De veer: MacGyver
MacGyver20 is steeds een goede bron van inspiratie voor lessen
waarin iets heel tastbaar gebruikt moet worden. Hij is een man
die steeds uit penibele situaties kan ontsnappen door een aantal
dagdagelijkse gebruiksvoorwerpen samen te nemen en hiermee
op een creatieve manier iets te knutselen.
In de elfde aflevering van het eerste seizoen, getiteld
“Nightmare”, komt MacGyver terug van een tiendaagse missie
op zee. Wanneer hij in de haven aanmeert wordt hij vergiftigd door
Oost-Duitse agenten en opgesloten. Het gif treedt pas na zes uur in
werking, waarna hij onvermijdelijk zal sterven, tenzij hij hen belangrijke informatie geeft,
dan kan hij het tegengif krijgen. Om uit zijn cel te ontsnappen maakt hij gebruik van zijn
bed, waar veren inzitten.
Hij rukt de veren uit het bed, bevestigt ze aan metalen staven langs de deurlijst, de
andere kant maakt hij vast aan het bed dat nu rechtop staat. MacGyver gebruikt de
elastische kracht van de veren door het bed vast te nemen en achteruit te wandelen.
Wanneer hij het bed loslaat vliegt dit door de deur en slaagt het bed erin de twee
bewakers die voor de deur geposteerd stonden knock-out te slaan.
De kracht die door deze veren opgewekt wordt, wordt gegeven door de wet van Hooke.
De kracht is gelijk aan het product van de veerconstante en de uitrekking van de veer.
. Een aannemelijke veerconstante voor de veren van een bed is 2,5 N/cm.
Figuur 20: DVD-
box MacGyver
25
MacGyver trekt het bed ongeveer 100 cm van de deur. De opgewekte kracht is dan
250 N.
3.4 Zinken, zweven, drijven: Up
In de animatiefilm “Up”21 verzeilen oude man Carl en padvinder Russell op een wilde reis.
Carl droomde van kindsbeen af om een wereldreis te maken door balonnen aan zijn huis
te bevestigen. Wanneer zijn huis dreigt afgebroken te worden om plaats te maken voor
een bouwproject maakt hij het huis los en begint de ongelooflijke reis.
De balonnen die hij over de jaren heeft opgespaard en gevuld heeft met helium komen
uit het dak en het huis begint op te stijgen. Het huis kan stijgen, want de relatieve
massadichtheid van het systeem “huis met ballonnen” is lager dan de massadichtheid
van de lucht.
Figuur 21: Scène uit Up
Op een bepaalde hoogte stopt het huis met stijgen. Dit is de hoogte waar de
archimedeskracht gelijk is aan de zwaartekracht en het huis met de ballonnen zweeft. De
archimedeskracht wordt gegeven door , de zwaartekracht door
. Daar deze gelijk zijn moet dus de massadichtheid van de lucht
gelijk zijn aan de massadichtheid van het voorwerp (het huis met de ballonnen).
Wanneer op een bepaald ogenblik een deel van de balonnen losgemaakt worden, dan
wordt de massadichtheid van het voorwerp groter en wordt de zwaartekracht groter dan
de archimedeskracht. Hierdoor ondervindt het huis een netto neerwaartse kracht die
zorgt voor een neerwaartse versnelling. Het huis begint bijgevolg te zinken en zal pas op
de begane grond tot stilstand komen.
26
4 Kracht en beweging
4.1 Leerplandoelstellingen
(69) Voorbeelden van verschillende soorten krachten en uitwerkingen ervan
noemen.
(70) Het onderscheid aangeven tussen de begrippen “grootheid” en “eenheid”. De
SI-eenheden samen met de meest gebruikte veelvouden en delen van de
aangebrachte grootheden aangeven, omzetten en gebruiken en de
meetapparatuur gebruiken om lengte en massa te meten.
(71) Een kracht als oorzaak van een verandering van de bewegingstoestand van
een voorwerp herkennen.
(72) Krachten volgens dezelfde richting en werklijn samenstellen.
(73) Meetresultaten grafisch voorstellen en ondanks meetfouten het verloop van
de grafiek inschatten. Het functievoorschrift aangeven.
(74) Bij een eenparige rechtlijnige beweging het verband tussen de verplaatsing
en het tijdsinterval experimenteel bepalen.
(75) Voor een rechtlijnige beweging de verandering van snelheid omschrijven.
(76) Voor een eenparige rechtlijnige beweging de snelheid berekenen en deze
beweging grafisch voorstellen.
4.2 Actie en reactie: kogel
Wanneer in een actiefilm iemand een wapen afvuurt en de kogel het slachtoffer raakt,
dan vliegt deze onmiddelijk én met grote kracht achteruit. Als grote reden hiervoor wordt
vaak actie-reactie aangehaald. Het lijkt als kijker zeer aannemelijk, aangezien de kogel
met zeer grote kracht door het wapen afgevuurd wordt en deze kracht vervolgens
“doorgeeft” aan het slachtoffer.
Met actie-reactie wordt de derde wet van Newton bedoeld:
“Als een voorwerp A een kracht op een voorwerp B uitoefent, gaat deze kracht gepaard
met een even grote, maar tegengestelde kracht van B op A.”22
Een goede manier om actie-reactie te tonen is door de opstelling met de vrij bewegende
metalen balletjes – ook wel “de wieg van Newton” genoemd - iets wat men vaak ziet op
TV, dus wat de leerlingen wel al ooit gezien hebben.
27
Eén van de allerbelangrijkste dingen waar men op moet letten wanneer men het over
actie-reactie heeft, is dat beide krachten tegelijkertijd plaatsvinden. Bij het afvuren en
opvangen van een kogel lijkt dit, door de hoge snelheid van de kogel, simultaan plaats te
vinden. Er is echter enige tijd nodig voor de kogel om de afstand wapen-slachtoffer af te
leggen.
Wanneer we het afvuren van de kogel door het wapen als actiekracht bekijken, dan is de
bijbehorende reactiekracht de weerslag – in het Engels: recoil - die de schutter voelt.
Veel politieseries en actiefilms laten niet duidelijk zien dat een pistool een grote weerslag
geeft, omdat er met losse flodders geschoten wordt zou de acteur zélf de weerslag
moeten nadoen, wat niet makkelijk is. In veel politieseries is er echter wel een scène te
vinden op een oefenbaan, alwaar men op papieren doelwitten schiet. In deze scènes
wordt vaak gebruik gemaakt van échte kogels, waardoor de weerslagkracht heel
prominent in beeld komt. Je kan dit o.a. zien doordat de schutter het wapen omhoog
beweegt vlak na het overhalen van de trekker.
Waarom schiet het slachtoffer in de film dan zo ver achteruit? Dat is
puur voor het filmeffect. De kogel oefent inderdaad een grote kracht uit
op het slachtoffer, maar de kogel is ontworpen met een spitse punt om
een zo groot mogelijke druk op één punt uit te oefenen, opdat de kogel
in het lichaam van het slachtoffer schade zou aanrichten. Een persoon
zal dus nooit achteruit “geschoten” worden.
Als reactiekracht op de kogel die het slachtoffer raakt, oefent het
slachtoffer zelf een reactiekracht uit op de kogel. Deze reactiekracht is even groot als de
kracht die de kogel op het slachtoffer uitvoert, maar gezien de massa van de persoon
véél groter is dan die van de kogel is de resulterende versnelling bij de kogel véél groter.
Figuur 22: Wieg
van Newton
Figuur 23:
Kogels
28
4.3 Wrijving: motoren van een ruimteschip
Wanneer je met een auto wil rijden met een constante snelheid, dan moet de motor
voortdurent een kracht leveren. Dit komt doordat de rijbaan en de lucht voor wrijving
zorgen die overwonnen moet worden. Zodra de bestuurder het gaspedaal lost levert de
motor geen kracht meer en komt de auto geleidelijk tot stilstand door de wrijving.
In de ruimte is er geen sprake van wrijving, wanneer men een gegeven voorwerp met
een bepaalde snelheid in beschouwing neemt, dan zal deze met dezelfde snelheid blijven
voortbewegen. We spreken van een éénparige rechtlijnige beweging.
Een ruimteschip dat de motoren start om een bepaalde snelheid te behalen kan bijgevolg
op eender welk moment de motoren uitschakelen en tegen die snelheid blijven
voortbewegen. Er zijn slechts twee redenen waarom de motoren in werking zouden zijn.
De eerste reden is om een versnelling te veroorzaken, om een
hogere snelheid te bekomen. De tweede reden is dat er op een
ruimteschip veel energie verbruikt wordt voor computers,
licht, luchttoevoer, artificiële zwaartekracht, ... Dit
energieverbruik moet uiteraard gecompenseerd
worden, de benodigde energie moet op één of andere
manier voorhanden zijn.
Wanneer een ruimteschip met een zeer grote snelheid – die de lichtsnelheid benadert –
zou bewegen, dan is er weldegelijk sprake van een soort wrijving. Men spreekt dan van
het Fulling-Davies-Unruh-effect 23 , dat eerst door Steven Fulling werd beschreven in
1973, daarna door Paul Davies in 1975 en Bill Unruh in 1976. Meestal wordt het het
Unruh-effect genoemd. Men is er ook niet zeker van of dit effect weldegelijk bestaat, het
is een grondig onderbouwde theoretische voorspelling.
Het Unruh-effect 24 voorspelt dat een waarnemer die een versnelling ondergaat een
warmtestraling zal waarnemen. Een warmtestaling die een waarnemer in stilstand niet
ziet. Met andere woorden zal de waarnemer die een versnelling ondergaat een “warme
achtergrond” zien. Om het heel eenvoudig en concreet voor te stellen: wanneer je in de
lege ruimte – waar de temperatuur 0 K zou bedragen – met een thermometer zou
rondzwaaien, dan zou deze een temperatuur aangeven die niet nul is. Warmtestraling
kan je voorstellen wanneer een hoefsmit ijzer smeet, dan geeft het ijzer – een donker
lichaam – ook straling.
Uit het Unruh-effect haalt men de Unruh-straling, de warmtestraling waar sprake van zou
zijn. Door het bestaan van deze Unruh-straling zou het bestaan van een vacuüm ruimte
afhankelijk zijn van het referentiekader – de tijdruimte – van de waarnemer. Hierdoor
Figuur 24: Ruimteschip
29
zou een, voor ons, lege ruimte voor een snel voortbewegend ruimteschip toch niet-leeg
kunnen zijn, waardoor deze wrijving zou kunnen ondervinden.
4.4 Traagheid: Grote ruimteschepen vs. kleine ruimteschepen
Wanneer je in een haven naar de voorbijvarende schepen gaat kijken, dan merk je een
grote verscheidenheid aan snelheden op. De grote vracht- en cruiseschepen bewegen
sloom en langzaam, terwijl de kleinere vissers- en plezierboten zich met grote vaart
voortbewegen.
De reden hiervoor is te vinden bij het grotere raakoppervlak van de grote schepen. Ze
ondervinden veel meer wrijving met het water dan de kleine schepen, waardoor een
groot deel van hun versnelling tegengewerkt wordt. Een groot schip verbruikt veel meer
energie om een bepaalde snelheid te halen dan een klein schip. Hierbij moet echter wel
de bemerking gemaakt worden dat grotere schepen ook veel krachtigere motoren
hebben, waardoor ze vaak aan dezelfde snelheid als hun kleine broertjes kunnen
voortbewegen.
Eén voordeel hebben de vrachtmastodonten wél ten opzichte van de vissersboten, ze
wegen veel meer, waardoor ze een grotere traagheid hebben. De wil om de beweging
verder te zetten is bij deze reuzeschippen ontzettend groot. Maar dit compenseert helaas
niet voor de verhoogde wrijving waarmee zij in aanraking komen.
Figuur 25: Openingsscène Star Wars
Bij het maken van sciencefictionfilms en –series, zoals Star Wars25, Battlestar Galactica26
en de Stargate-reeksen27 heeft men altijd de vergelijking getrokken met de scheepvaart
voor het modelleren van de bewegingen van een ruimteschip. Grote ruimteschepen –
zoals in de imposante openingsscène van de allereerste Star Wars28 – bewegen traag en
lomp, de kleinere vechttoestellen halen een grote snelheid en komen vinnig uit de hoek.
30
Er is echter geen enkele reden waarom grote schepen niet dezelfde snelheid zouden
kunnen halen als kleinere schepen, er moet namelijk geen wrijving overwonnen worden.
Om eenzelfde versnelling te bekomen heeft een groter schip echter wel een grotere
kracht nodig, die door diens motoren geleverd dient te worden. Ook in de ruimte geldt de
eenvoudige wet: F = m . a, of in functie van de versnelling: a = F / m. Hieruit komt dat
voor eenzelfde versnelling de kracht en de massa evenredig moeten vergroten.
Een punt dat bij ruimteschepen evenzeer geldt als bij de scheepvaart is inertie. Een
voorwerp met een grote massa – in dit geval de grote moederschepen – zal minder
makkelijk van toestand (bewegend, stilstaand) veranderen. Dit betekent dat men, om
een ruimteschip van stilstand te doen vertrekken, voor het grote ruimteschip veel meer
kracht nodig heeft dan voor de kleinere gevechtstoestellen. Het zal ook moeilijker zijn om
het grote ruimteschip terug af te remmen.
4.5 Vrij bewegen in de ruimte
In de ruimte kan men vrij bewegen in alle richtingen, in de drie dimensies. Het is
bijgevolg onlogisch dat alle ruimteschepen in éénzelfde vlak zouden bewegen. Dat voor
elk ruimteschip “boven” en “onder” op dezelfde wijze zou gedefinieerd zijn.
In zowat elke sciencefictionfilm en –serie gaat men hier echter wel van uit. Zelfs in de
oudste sciencefictionreeksen, zoals Star Trek 29 uit de jaren ’60, ontmoeten twee
ruimteschepen zich altijd in één en hetzelfde vlak, net zoals twee auto’s of boten.
Pas in de recente reeks Battlestar Galactica werd dit natuurgetrouw weergegeven. De
verschillende schepen in de vloot overlevende mensen bewogen niet allemaal in
éénzelfde vlak, maar maakten bijna allemaal een hoek met mekaar. Tijdens de
gevechtsscènes werd er in elke richting geschoten.
Het gevolg hiervan is dat veel kijkers misselijk en gedesoriënteerd raakten van deze
scènes, omdat men geen houvast of referentiekader kon terugvinden.
Ruimteschepen hebben op het grote scherm ook steeds de neiging om zich voort te
bewegen zoals echte schepen wanneer het gaat over het nemen van een bocht. Wanneer
de kapitein van een ruimteschip een koerswijziging doorvoert, dan buigt het schip
langzaam en redelijk sloom af. Op het water heeft dit als nut dat men niet kapseist, maar
in de ruimte kan een schip niet kapseizen. Doordat het ruimteschip ook geen wrijving
met het water ondervindt kan het schip ook makkelijker van richting veranderen, er
wordt geen gebruik gemaakt van roeren.
In de ruimte kan je op twee manieren van richting veranderen. Eén mogelijkheid is om
kleine raketten aan de zijkant van het ruimteschip te bevestigen en deze te ontsteken
31
om van richting te veranderen. Deze methode wordt gebruikt op de Amerikaanse Space
Shuttles.
Een andere mogelijkheid is om binnenin het ruimteschip vrij bewegende schijven te
plaatsen. Wanneer deze schijven met de klok mee bewegen, dan zal het ruimteschip zich
als gevolg tegen de klok in draaien. Deze methode wordt gebruikt in het International
Space Station.
Figuur 26: Vrij bewegen in de ruimte
32
5 Arbeid, energie, vermogen
5.1 Leerplandoelstellingen
(77) Het onderscheid aangeven tussen de begrippen “grootheid” en “eenheid”. De
SI-eenheden samen met de meest gebruikte veelvouden en delen van de
aangebrachte grootheden aangeven, omzetten en gebruiken en de
meetapparatuur gebruiken om lengte, massa en tijd te meten.
(78) De begrippen arbeid, energie en vermogen omschrijven, hun onderlinge
relatie aangeven en in concrete situaties correct gebruiken.
(79) Mechanische energie en andere energievormen herkennen en aangeven in
concrete situaties.
(80) De leerlingen kunnen illustreren hoe toepassingen van wetenschappelijke
kennis leiden tot veranderingen in de samenleving.
(81) Ethische en milieuaspecten die bij bepaalde energievormen optreden,
aangeven.
(82) De gravitatiepotentiële energie bij het aardoppervlak, elastische potentiële
energie en de kinetische energie van een voorwerp berekenen.
(83) Behoud van mechanische energie in het zwaarteveld experimenteel
aantonen.
(84) In concrete gevallen omzettingen van energie beschrijven en het rendement
berekenen.
(85) Het beginsel van behoud van energie algemeen formuleren en illustreren met
concrete voorbeelden.
5.2 Tarzan: Mechanische energie
Tarzan werd bedacht door de Amerikaanse schrijver Edgar Rice Burroughs. Tarzan
maakte zijn debuut in het boek “Tarzan and the Apes”30 in 191431 en verscheen daarna in
23 andere avonturen door Edgar Rice Burroughs en in talloze films, animatiefilm en tv-
series.
Het boek vertelt het verhaal van John Clayton, die geboren wordt aan de westkust van
Afrika. Zijn ouders, John en Alice, werden op zee overvallen door muiters en zijn
gestrand. Na John’s geboorte sterven zijn ouders en de apin Kala vindt hem. Kala en de
rest van de apen zorgen voor zijn opvoeding en geven hem de naam Tarzan, wat “witte
huid” wil zeggen in hun taal.
33
Figuur 27: Tarzan slingert aan een liaan
Door zijn opvoeding bij de apen en het leven in de jungle heeft Tarzan andere gewoonten
om zich voort te bewegen, zo maakt hij vaak gebruik van lianen. Om zich hiermee voort
te bewegen heeft hij zijn spierkracht nodig om zich aan de liaan vast te houden, de
slingerbeweging wordt veroorzaakt door de zwaartekracht.
We kunnen bij Tarzan nagaan wat de mechanische energie is. Wanneer Tarzan bovenaan
een rots zou staan met een liaan in zijn handen, net voor hij vertrekt, weten we dat de
kinetische energie gelijk aan nul moet zijn.
De gravitationele potentiële energie is dan gelijk aan . Als leerkracht kan men
zelf een context creëren waarin m en h gegeven zijn. Zo kan de rots zich op 60 meter
hoogte bevinden en kan Tarzan 75 kilogram wegen. De gravitationele potentiële energie
is in dat geval
Wanneer Tarzan nu van de rots springt en aan de liaan slingert is er wél sprake van
kinetische energie. Welke snelheid behaalt Tarzan op het laagste punt van zijn
slingerbeweging, daar waar de hoogte 0 meter is?
34
De kinetische energie in dit punt is
. Door het behoud van energie weten we dat
de kinetische energie is, de massa van Tarzan is nog steeds 75 kilogram. Hieruit
vinden we dat
en dus
.
5.3 Lost: Slinger van Foucault
Figuur 28: Scène uit Lost
In de serie “Lost”32 stranden een hoop reizigers op een eiland na een vliegtuigcrash. Het
verhaal dat begint als een avontuur wordt meer en meer sciencefiction naarmate de serie
vordert. Zo wordt er tijdens de aflevering “316”33 een grote slinger getoond, die op één
of andere manier iets te maken heeft met het eiland.
De slinger die men ziet is een zogenaamde slinger van Foucault,
genoemd naar Léon Foucault, wiens naam op de Eiffeltoren gegrift
staat. Dit is een zeer groot uitgevoerde slinger die wordt gebruikt om
de draaiing van de aarde aan te tonen. Het vlak waarom in de
slinger beweegt ligt vast in de ruimte, maar de aarde roteert.
Hierdoor lijkt het voor een waarnemer op de aarde alsof de slinger
steeds van richting verandert.
Op veel plaatsen is een slinger van Foucault te bezichtigen. Eén van de bekendste in
België is te vinden in Technopolis in Mechelen. Ook tijdens een schoolreis naar Parijs valt
Figuur 29: Léon Foucault
35
de originele – of beter: de tweede - slinger te bezichtigen in het Pantheon. Ook in het
Smithsonian Institute in Washington D.C. is eentje te bezoeken.
Figuur 30: Smithsonian, Washington D.C.
Figuur 31: Pantheon, Parijs
5.4 Milieuaspecten: The Simpsons
Een wederkerend randpersonage in The Simpsons is
Blinky, de drie-ogige vis. Hij kwam voor het eerst
voor in de aflevering “Two Cars In Every Garage
And Thee Eyes On Every Fish”34.
De drie-ogige vis is het resultaat van de nucleaire
kerncentrale in Springfield, waar hij in het water dat
uit de koeltorens komt leeft. Maar kan zo’n vis echt
bestaan? 35 En is het daarom een rechtstreeks
gevolg van de kerncentrale?36
Wetenschappelijk gezien zijn er heel wat verschillende redenen waarom men mutaties
terugvindt in de natuur. Elke verschillende reden heeft als achterliggend mechanisme het
DNA (deoxyribonucleïnezuur). Elk levend wezen bezit DNA dat een set instructies bevat
voor de ontwikkeling van een organisme. Wanneer een nieuw wezen geboren wordt bezit
hij een deel van het DNA van elk van z’n ouders. Er kunnen echter fouten optreden bij
het vormen van het nieuwe DNA, waardoor natuurlijke mutaties kunnen voorkomen. Veel
van deze gemuteerde kleintjes zijn ten dode opgeschreven, maar soms kan een mutatie
ervoor zorgen dat een organisme zich beter kan weren tegen vijanden en/of beter
voedsel kan vinden, waardoor de mutatie doorgegeven kan worden aan een eigen
Figuur 32: Blinky, de drie-ogige vis
36
nageslacht. Zo zijn wij – de hedendaagse mens – ook een gevolg van een hele reeks
geslaagde mutaties bij onze voorouders.
Maar zijn mutaties het gevolg van de kerncentrale? Bij het uiteenvallen (kernsplijting) of
samensmelten (kernfusie) van kernen komt energie vrij onder de vorm van ioniserende
(hoog-energetische) straling. Aangezien de frequentie buiten het zichtbaar spectrum valt
is deze straling onzichtbaar. In The Simpsons wordt deze straling steevast foutief
voorgesteld door een groene staaf.
Ioniserende straling heeft de eigenschap om elektronen van atoomkernen weg te slaan.
Hierdoor zouden binnen het DNA bepaalde chemische verbindingen verbroken kunnen
worden, of zelfs de gehele structuur vernietigd worden.
Wanneer een volwassen organisme in aanraking komt met een teveel aan ioniserende
straling kan dit kwaadaardige gezwellen ten gevolg hebben. Ons lichaam heeft geen
afweersysteem tegen kankercellen, waardoor deze zich makkelijk kunnen verspreiden.
Hoewel de ioniserende straling een effect kan hebben op de cellen van een organisme is
het onmogelijk dat meerdere cellen tegelijkerteid muteren tot een gezond werkend oog.
Blinky de vis zal je dus niet tegenkomen in de buurt van een kerncentrale.
37
6 Druk
6.1 Leerplandoelstellingen
(86) Het begrip druk afleiden uit kracht en oppervlak en de grootte ervan
berekenen.
(87) Het beginsel van Pascal formuleren en praktische toepassingen verklaringen.
(88) Druk in een vloeistof verklaren en de grootte ervan berekenen.
(89) De grootteorde van fysische grootheden aangeven.
(90) Met behulp van het deeltjesmodel de druk van een gas verklaren.
(91) De werking van toestellen om de vloeistofdruk en de druk van een gas te
bepalen, beschrijven en verklaren.
6.2 Druk in een vloeistof: duikbootfilms
Er bestaan heel wat films over duikboten en hun bemanning. Deze films handelen
meestal over oorlogstijden, meer bepaald WOII en de koude oorlog. De bekendste films
zijn ongetwijfels Das Boot37, U-57138 en The Hunt For Red October39. Er zijn er echter
nog véél meer.40
Deze films zijn steeds zeer spannend door hun combinatie van de gevaarlijk hoge druk
en de claustrofobische omgeving. In heel wat duikbootfilms wordt de spanning ten top
gedreven door een gezagsvoerder die zijn bemanning opdraagt om onder de kritieke
diepte – in het Engels: “hull crush depth” – te duiken. Het meest bekende – én
waargebeurde verhaal – is dat van duikboot U-96 uit de film Das Boot.
Deze kritieke diepte is één van de belangrijkste ontwerpparameters voor duikboten.
Doordat de druk steeds groter wordt bij het dieper duiken, moet men weten welke kracht
de duikboot kan verdragen om zo te weten te komen hoe diep de duikboot mag gaan.
De ontwerper weet welke kracht de duikboot in totaal kan verdragen en wat het
oppervlak van de duikboot is. Hij kan via de formule
de kritieke druk vinden.
Wanneer hij deze berekent heeft gebruikt hij de formule voor de druk in een vloeistof:
om de kritieke diepte te berekenen.
De Duitse U-boten uit de Tweede Wereldoorlog hadden een kritieke diepte van 280
meter, moderne Amerikaanse duikboten kunnen maximum 490 meter diep duiken.
Een veelgebruikt wapen tegen duikboten is de dieptebom. Dit is een cilindervormige
container, bestaande uit een explosief en een ontsteking die ontworpen is om op een
bepaalde diepte te ontploffen. Elke dieptebom heeft een specifieke diepte waarop de druk
te groot wordt voor de ontsteker en deze tot ontploffing komt.
38
Gezien ze nooit zeker konden zijn op welke diepte een duikboot zich bevond werden
verschillende dieptebommen met verschillende ontstekingsdieptes boven mekaar
geplaatst en vervolgens in het water gegooid op de vermoedelijke positie van de
duikboot. Hierdoor gebeuren er ontploffingen op verschillende dieptes en verhoogd de
kans om de duikboot effectief te raken.
Wanneer een dieptebom tot ontploffing komt onstaan er schokgolven onder water. De
bedoeling van de bom is om via deze schokgolf een scheur in de omhulling van de
duikboot te krijgen. Door de grote druk onder water zou deze scheur steeds groter
worden en zou de duikboot in twee breken.
Figuur 33: Dieptebom
39
6.3 Deur openen in een vliegtuig
In heel wat actiefilms krijgen we te zien hoe iemand in een vliegtuig de deur opent en in
de deuropening gaat staan, dit is in praktijk echter onmogelijk. Een vliegtuig heeft een
systeem aan boord om de druk in de passagiersruimtes op de luchtdruk van de begane
grond te houden. Dit houdt in dat de druk aan boord groter is dan de druk van de ijle
lucht buiten het vliegtuig.
Een vliegtuig vliegt doorgaans op 12 kilometer hoogte. We zien dat de druk daar 1/5e is
van de luchtdruk op de begane grond.
Figuur 34: p(h)-grafiek
Het oppervlak van een vliegtuigdeur is aan de buitenkant kleiner dan aan de binnenkant,
waardoor ze steeds onder een hoek geopend moet worden41. Om dit te doen moet je de
deur eerst naar binnen te kantelen. Gezien de druk binnen vijf maal groter is dan de druk
buiten het vliegtuig, zou de persoon die de deur opent een ontzettend grote kracht
moeten uitvoeren om de deur te kantelen.42
Het verschil in druk binnen en buiten het vliegtuig . De kracht die de persoon
zou moeten uitvoeren op een deur met oppervlak 2 m² is dan
.
40
Figuur 35: Vliegtuigdeur
Wanneer iemand de deur of een venster opent in de film, dan wordt alles en iedereen
naar buiten gezogen. Aangezien de druk binnen groter is dan die buiten, zal er bij het
maken van een opening inderdaad een beweging van luchtdeeltjes naar buiten gebeuren.
De resulterende kracht kan ervoor zorgen dat enkele loszittende objecten mee naar
buiten worden gezogen, maar zal echter nooit groot genoeg zijn om iemand die zich niet
rechtstreeks in de opening bevindt mee te zuigen. Wanneer iemand zich rechtstreeks in
de opening bevindt zal deze wél meegezogen worden.
Wanneer er een opening in een vliegtuig komt, dan hoeft het niet onmiddelijk de dieperik
in te storten – zoals Hollywood pleegt te geloven. Een vliegtuig kan op dat moment veilig
en zonder veel problemen verder vliegen. Om veiligheidsredenen – want een gat in een
vliegtuig is en blijft onaangenaam voor de passagiers – zal het vliegtuig echter wel zo
snel mogelijk een noodlanding proberen te maken.
Bekijk je de bekende C-130-vliegtuigen waarmee men parachutisten dropt, dan zie je dat
deze vliegtuigen perfect kunnen vliegen met hun laadbak open. Ook vrachtvluchten
vliegen over grote afstand zonder de laadruimte onder atmosfeerdruk te houden, omdat
dit voor de meeste goederen niet nodig is.
41
Figuur 36: C-130
42
7 Warmte en energie
7.1 Leerplandoelstellingen
(97) De begrippen warmtecapaciteit en specifieke warmtecapaciteit van een
systeem gebruiken om bij warmte-uitwisseling de warmtehoeveelheid te
berekenen.
(98) Bij mengproeven de uitgewisselde warmtehoeveelheid experimenteel bepalen
en hieruit de specifieke warmtecapaciteit van een stof afleiden.
(99) Met het deeltjesmodel van de materie het begrip inwendige energie uitleggen
en de gevolgen beschrijven als er warmte-uitwisseling optreedt.
(100) Manieren van warmtetransport zoals geleiding, stroming en straling
beschrijven en met concrete voorbeelden illustreren.
(101) (U) De werking van warmte-isolerende voorzieningen verklaren en van
elkaar onderscheiden op basis van de soorten warmtetransport.
7.2 Lawrence of Arabia
De film “Lawrence of Arabia” 43 handelt over de
jonge Thomas Edward Lawrence, een Brits
legerofficier in Caïro in 1916, alwaar hij de
Arabische opstand tegen de Turken tijdens de
Eerste Wereldoorlog moet opvolgen. Lawrence
leeft gedurende twee jaar in de woestijn en traint
daar een guerilla-leger.
Gedurende de hele tijd dat Lawrence zich in Caïro
bevindt draagt hij een lang gewaad mét
hoofddoek. Nu zou men zich kunnen afvragen of
deze outfit niet te warm is om het in de woestijn
uit te houden.
De kleur die we waarnemen wanneer we naar een
voorwerp kijken is de kleur van de lichtstralen die
het voorwerp niet opneemt en bijgevolg reflecteert.
Zo absorbeert een blauwe stoel alle lichtstralen,
behalve de blauwe. De kleur wit is de samenstelling van alle kleuren van het spectrum.
Dit betekent dus dat Lawrence’ kleed alle lichtstralen reflecteert en er geen opneemt,
waardoor hij het minder warm zal hebben. Zwarte kleren absorberen daarentegen alle
licht, en worden bijgevolg ontzettend warm.
Figuur 37: Poster Lawrence of Arabia
43
8 Gemeenschappelijke eindtermen voor
wetenschappen
8.1 Wetenschap en samenleving
(13) Voorbeelden geven van mijlpalen in de historische en conceptuele
ontwikkeling van de natuurwetenschappen en ze in een tijdskader plaatsen.
(14) Met een voorbeeld verduidelijken hoe de genese en de acceptatie van nieuwe
begrippen en theorieën verlopen.
(15) De wisselwerking tussen de natuurwetenschappen, de technologische
ontwikkeling en de leefomstandigheden van de mens met een voorbeeld
illustreren.
(16) Een voorbeeld geven van nadelige (neven)effecten van
natuurwetenschappelijke toepassingen.
(17) Met een voorbeeld sociale en ecologische gevolgen van
natuurwetenschappelijke toepassingen illustreren.
(18) Met een voorbeeld illustreren dat economische en ecologische belangen de
ontwikkeling van de natuurwetenschappen kunnen richten, bevorderen of
vertragen.
(19) Met een voorbeeld de wisselwerking tussen natuurwetenschappelijke en
filosofische opvattingen over de werkelijkheid illustreren.
(20) Met een voorbeeld verduidelijken dat natuurwetenschappen behoren tot
cultuur, nl. verworven opvattingen die door meerdere personen worden gedeeld
en die aan anderen overdraagbaar zijn.
(21) Met een voorbeeld de ethische dimensie van natuurwetenschappen
illustreren.
44
8.2 Films over bekende fysici
1 Marie en Pierre Curie
In de film “Madame Curie” 44 trouwt de jonge Poolse
fysicastudente Marie met doctor Pierre Curie, in wiens lab
ze al een tijdje werkte. Op hun huwelijksreis beslissen ze
om het fenomeen dat professor Becquerel ontdekte te
verklaren. Dit onderzoek zou in haar doctoraatsschrift
passen over uranium- en thoriumstenen.
Na heel wat experimenten komen ze tot het besluit dat er
nog veel meer radioactieve stoffen moeten bestaan buiten
uranium en thorium. Ze besluiten om te proberen het
radioactieve element af te zonderen. Na jarenlang
onderzoek lukt het hen uit 7 ton rauw materiaal enkele
gram radium te krijgen. Even later, op het hoogtepunt van
hun succes, sterft Pierre in een verkeersongeluk.
2 Galileo Galilei
In de film “Galileo”45 wordt het levensverhaal van Galileo
Galilei verteld, zoals het werd neergeschreven in een
toneelstuk door Bertolt Brecht. Deze 17e eeuwse
wetenschapper bouwt één van ’s werelds eerste
telescopen en ontdekt de manen van Jupiter. Hij was
aanhanger van het gedachtegoed van Copernicus waarin
de Aarde zich rond de Zon beweegt en kwam hierdoor in
aanraking met de Katholieke Kerk.
De Kerk bedreigt hem met foltering en moet voor een
tribunaal zijn mening aangaande de Aarde en de Zon
herzien. Hij krijgt als straf huisarrest opgelegd.
Ook al was zijn werk in die tijd controversieel, het is door
hem dat Newton en Kepler later bewijs konden leveren
van het heliocentrisch model.
Figuur 38: Poster
Madame Curie
Figuur 39: DVD-hoes Galileo
45
8.3 From the Earth to the Moon
Figuur 40: Titelscherm From the Earth to the Moon
From the Earth to the Moon 46 is een twaalfdelige miniserie over de Apollo-missies naar
de maan uit de jaren ’60 en ’70 door de makers van de film Apollo 1347. De serie is
vooral gebaseerd op het boek “A Man on the Moon” 48 en staat gekend om zijn
natuurgetrouwe weergave van het Apollo-verhaal en de realistische special effects.
De serie handelt over de verschillende aspecten binnen het Apollo-avontuur, van de
ontwerpen tot het landen op de maan, van de astronauten zelf tot de media. Elke
aflevering behandelt één specifieke missie binnen het Apollo-programma.
Hoogtepunt is de zesde aflevering “Mare Tranquilitatis” waar de eerste maanlanding,
door Apollo 11, opnieuw opgevoerd wordt door flashbacks in een interview met de
bemanning.
Heel vaak ligt de focus op het feit dat de astronauten werden gekozen voor hun fysieke
eigenschappen en in veel mindere mate voor hun kennis van de wetenschap. Men schetst
dan ook een goed beeld van de Amerikaanse held die zich op korte tijd de fysica, chemie
en aardrijkskunde eigen moet maken.
Een leuk weetje is dat men de maanscènes realistisch heeft kunnen filmen door grote
heliumballonnen aan de rug van de acteurs te bevestigen. Hierdoor werd de grootte van
de resulterende netto neerwaartse kracht gelijk aan de zwaartekracht die de acteur zou
ondervinden op de maan.
46
9 Populaire fysica op TV
De laatste jaren is er een explosie ontstaan van TV-programma’s die wetenschap op een
amusante en entertainende manier op TV brengen. Tijdens deze programma’s worden
vaak grote, spectaculaire of gevaarlijke proeven uitgevoerd, vooral om het
entertainmentgehalte hoog te houden.
Deze TV-programma’s kunnen een waardevolle aanvulling zijn op de klaspraktijk, gezien
deze proeven in de meeste scholen onuitvoerbaar zijn. Daarom volgt hieronder een
opsomming van enkele tv-programma’s met een korte omschrijving, één of meerdere
opmerkelijke en bruikbare proeven die uitgevoerd werden.
9.1 Mythbusters
Figuur 41: Titelscherm Mythbusters
Mythbusters, te bekijken op Discovery Channel, werd eerder in dit eindwerk reeds
vermeld met hun pogingen om na te gaan of de “zonnestraal des doods” van Archimedes
echt bestaan kan hebben. Het oorspronkelijke doel van het programma is om allerhande
mythes en broodjeaapverhalen te bekrachtigen of te ontkrachten.
Ze maken hiervoor gebruik van de wetenschappelijk methode of van het OEVUR-model:
Oriënteren
Exploreren
Verklaren
Uitdiepen
Reflecteren
47
Ze nemen grote mythes onder handen en proberen dan op een logische wijze via
bovenstaand model tot een bewijs of een tegenstelling te komen. Ze doen dit op een
spectaculaire en entertainende manier, opdat het aangename televisie zou zijn.
Elke proef die ze uitvoeren duurt ongeveer 20 minuten. Er steken steeds drie proeven in
een aflevering van een uur. Dit maakt het geschikt om wat tijd aan te besteden in de
klas zelf. Ook om als extra opdracht naar huis toe mee te geven – eventueel via een
digitaal leerplatform – is dit geschikt.
Van het programma is er ook een prachtige, zeer interactieve app beschikbaar voor de
iPhone en iPod Touch. Voor leerlingen die in het bezit zijn van zo’n toestel is het het
aanraden méér dan waard.
Enkele memorabele proeven die ze hebben uitgevoerd:
Aflevering 1: De ijskogel
Reeds lang worden complotten gezien in verscheidene moorden. Wanneer er een moord
zonder aanwijzingen wordt aangetroffen, dan word al vaak verwezen naar het mogelijk
bestaan van een kogel gemaakt uit ijs. De Mythbusters testten dit uit en kwamen tot de
conclusie dat het geweer zeer warm werd bij het overhalen van de trekker, waardoor de
ijskogel al gesmolten was nog voor hij uit de loop schoot.
Aflevering 4: Kookvertraging
De mythe zegt dat wanneer je een glas water in de microgolfoven opwarmt en er
achteraf in roert, dit kan ontploffen door een effect dat men kookvertraging noemt. De
Mythbusters kwamen tot de conclusie dat quasi-zuiver water voorbij de kooktemperatuur
kan komen, maar dat onzuiverheden of verstoringen nodig zijn om het vormen van
gasbellen te starten.
Door het roeren ontstaan trillingen zal het water aan de kook geraken. Dit heeft echter
een kettingreactie tot gevolg, want moleculen die langs mekaar liggen brengen mekaar
aan het trillen. Hierdoor kan een glas water zeer snel beginnen koken, waardoor er een
hete waterdamp uit het glas ontsnapt en iemand zwaar kan verbranden, meestal in het
gezicht.
Dit kan voorkomen worden door onzuiverheden in het glas te leggen nog voor je het in
de microgolfoven zet. Zo bestaan er kooksteentje. Een lepel werkt ook.
48
9.2 Brainiac: Science Abuse
Figuur 42: Titelscherm Brainiac: Science Abuse
“Brainiac: Science Abuse” – of afgekort: Brainiac – is een Brits semi-wetenschappelijk
programma dat reeds 6 seizoenen lang te zien is op het internationale Discovery Channel
en op het Vlaamse JIM. De eerste vier seizoenen werden gepresenteerd door Richard
Hammond, bekend van Top Gear en kinderprogramma’s. Het vijfde en zesde seizoen
werden gepresenteerd door Vic Reeves.
Het programma staat vooral bekend om zijn onwetenschappelijke benaderingen van
beweringen. De essentie bestaat uit het opblazen van grote voorwerpen en het uitvoeren
van gekke stunts. De makers doen zich ook niet voor als exact-wetenschappelijk, zo
begon ooit een aflevering met de zin:
“This is Brainiac. The science show that rings
the doorbell of science and then runs away.”
Tijdens de uitzendingen zijn er enkele wederkerende rubrieken zoals de filosofische vraag
aan Jon Tickle (voorbeeld: Kun je onder water huilen?), de magnetron waar men een
voorwerp instopt dat uiteindelijk begint te branden en Dr. Bunhead’s wetenschap, waar
een als dokter verkleed personage op café simpele proefjes als goocheltruc uitvoert.
49
Het programma is een ideale aanrader voor de Jackass-generatie die slechts lauw
geïnteresseerd zijn in wetenschap.
9.3 Richard Hammond’s Engineering Connection
Figuur 43: Richard Hammond
Richard Hammond heeft nog een tweede wetenschappelijk programma, namelijk
“Engineering Connection”. Het is een documentairereeks van National Geographic
Channel met – totnogtoe – twee seizoenen en in totaal tien afleveringen. Het wordt ook
uitgezonden op BBC2.
De documentaires gaan steeds over één technologische ontwikkeling, zoals de Airbus
A380 of het Sydney Opera House. Alle aspecten worden bekeken, maar vooral de fysica
wordt heel uitvoerig belicht. Vragen als “Hoe kan zo’n megavliegtuig in de lucht blijven?”
of “Welk gewicht moeten de steunbalken kunnen dragen?” worden heel uitvoerig en in
simpele taal uitgelegd.
De afleveringen duren telkens 60 minuten, wat ze net te lang maakt om een lesuur aan
te besteden. De opdracht aan de leerlingen geven om het thuis te bekijken zou echter
sommigen met een intrinsieke interesse voor ingenieurswetenschappen kunnen bekoren.
Ook als leerkracht fysica is dit een must-see, je komt veel te weten over de wereld
achter de technologische ontwikkelingen. Je krijgt heel wat hedendaagse
achtergrondkennis die je vervolgens kan vertalen naar de klassituatie. Zo kan je een stuk
uit de aflevering over de Airbus A380 gebruiken in een les over druk.
50
9.4 Hoe? Zo!
Figuur 44: Titelscherm Hoe? Zo!
“Hoe? Zo!” is een wetenschappelijk programma met Bart Peeters dat op het Vlaamse één
werd uitgezonden en momenteel nog steeds wordt uitgezonden in Nederland. In het
programma strijden twee beroemde kandidaten tegen mekaar in een wetenschappelijke
quiz. Bij elke vraag wordt een proef uitgevoerd om het antwoord te achterhalen. In
Vlaanderen vonden deze proeven plaats in Technopolis, in Nederland in het NEMO.
De vragen bestreken vele vlakken, maar gingen vooral over fysica, biologie en
psychologie. Voor elk van deze disciplines is er een professor aanwezig in de studio.
Onder andere bioloog Dirk Draulans is zo’n expert.
Van het programma kwam ook een boek met CD-rom uit. Dit boek dient om de quiz thuis
zelf na te spelen. Zowel in het boek als op de CD-rom staan meerkeuzevragen over
fysica, biologie en psychologie. Op de CD-rom worden de oplossingen ondersteund door
videofragmenten en links naar websites, in het boek wordt het schriftelijk voorgesteld.
51
9.5 Into The Universe with Stephen Hawking
Figuur 45: Stephen Hawking
Stephen Hawking – een wetenschappelijk genie - kreeg van Discovery Channel een kans
om zijn opvattingen over de toekomst van de wetenschap op film te zetten. Het resultaat
is de reeks “Into The Universe”, die bestaat uit drie afleveringen:
1. Aliens
2. Time Travel
3. The Story of Everything
Hij legt op een eenvoudige manier uit waarom buitenaardse wezens moeten bestaan, aan
welke voorwaarden tijdreizen moet voldoen en vertelt het verhaal van het ontstaan van
de Aarde.
Elke voorspelling die hij maakt over de toekomst onderbouwt hij met wetenschap die niet
altijd even makkelijk is, maar die even later door een simpele metafoor toch begrijpbaar
wordt uitgelegd.
Deze serie is verplichte kost voor wie zich interesseert in hedendaagse wetenschap en
diens toepassingen, vandaag en morgen. Als leerkracht biedt het je een grondige
achtergrondkennis, als leerling zal je je verwonderen van de elegantie van het fysische
bewijs dat Stephen Hawking steeds levert.
52
10 Werkblad “Titanic”
Benodigdheden
Bak water
Leeg colaflesje van 50 cl dat in twee identieke helften gesneden is.
Gewichtjes, dit kunnen muntjes van 10 cent zijn.
Uitvoering
Plaats het lege halve colaflesje op de bak water.
Wat merk je op?
Het flesje blijft drijven.
Hoe komt het dat het flesje blijft drijven?
De archimedeskracht is groter dan de zwaartekracht.
Kunnen we te weten komen hoeveel groter de archimedeskracht is dan de
zwaartekracht?
Om te weten te komen hoeveel groter de archimedeskracht is kunnen we de
massa – en het gewicht – van ons colaschip verhogen.
Plaats één muntje van tien cent in het schip.
Wat merk je op?
Het flesje blijft nog steeds drijven maar ligt nu dieper in het water.
We plaatsen nog enkele muntjes van tien cent in het schip.
Wat merk je op?
Het flesje ligt nog dieper in het water en loop bijna vol met water.
Plaats muntjes bij tot het schip effectief onder water begint te lopen.
Hoeveel groter was de archimedeskracht dan de de zwaartekracht?
We weten hoeveel muntjes we hebben moeten bijplaatsen, we weten hoeveel
het gewicht (in N!) van deze muntjes is. Dit is het verschil.
53
Figuren en bronnenlijst
Figuur 1: http://www.technovelgy.com/ct/Science-Fiction-News.asp?NewsNum=444
Figuur 2: http://bloatedpenguin.mikescottlew.com/tag/independence-day/
Figuur 3: http://home.student.uva.nl/marah.haan/hoofdstuk_2.htm
Figuur 4: http://johngushue.typepad.com/blog/2006/09/index.html
Figuur 5: http://www.calworkouts.com/lifting/
Figuur 6:
http://blog.makezine.com/archive/2008/07/help_mythbusters_recreate.html?CMP=OTC-
0D6B48984890
Figuur 7:
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Archimedes_Heat_Ray_conceptual_diagram.svg
Figuur 8: http://www.joystiq.com/tag/Scarface/
Figuur 9:
http://www.iop.org/activity/education/Projects/Teaching%20Advanced%20Physics/Vibrat
ions%20and%20Waves/Images%20300/img_tb_4450.gif
Figuur 10: Foto door Filip Bunkens, http://www.pitslamp.be/
Figuur 11: http://www.laforetvisuals.com/
Figuur 12: http://freshisback.com/2009/03/29/stay-in-job-you-hate/
Figuur 13: http://en.wikipedia.org/wiki/File:New-35mm-left.jpg
Figuur 14: Word-Art
Figuur 15: http://sunshinehid.com/pro.asp
Figuur 16:
http://www.cinemapurchasing.com/catalog/index.php?language=de&osCsid=d08b30007
504407b1ea77f09d2219153
Figuur 17: http://filmkijker.wordpress.com/2010/04/09/mijn-imdb-tienen-film-7/
Figuur 18:
http://students.umf.maine.edu/~hartwenr/webquest/teacherpage/webquestteacherhome
.html
Figuur 19: http://www.titanic.com/modules/articles/article.php?id=44
Figuur 20: http://www.joblo.com/dvdclinic/dvd_review.php?id=739
Figuur 21: http://klein-duimpje.blogspot.com/2009_10_01_archive.html
Figuur 22: http://www.absolutepromo.com/corporate-gifts.cfm/item/70851
Figuur 23: http://nett.com.au/technology/security/bullet-proof-your-
business/11334.html
Figuur 24: http://www.morecoloringpages.com/spaceship_683.html
54
Figuur 25: Eigen screenshot
Figuur 26: http://danieljamescox.blogspot.com/2007/09/retro-space-battle-for-painter-
mag.html
Figuur 27: http://movie88.net/download-tarzan.html
Figuur 28: http://www.docarzt.com/lost/lost-easter-eggs/what-was-that-thing-on-lost-
501-the-lie-easter-eggs/
Figuur 29: http://www.nndb.com/people/606/000086348/
Figuur 30: http://en.wikipedia.org/wiki/Foucault_pendulum
Figuur 31: Eigen foto
Figuur 32: http://constellationdefiant.wordpress.com/2010/02/
Figuur 33: http://www.ibiblio.org/hyperwar/OnlineLibrary/photos/sh-usn/usnsh-c/sp159-
k.htm
Figuur 34: http://climatechangeskeptic.wordpress.com/2008/07/10/humidity-data/
Figuur 35: http://www.airliners.net/aviation-forums/trip_reports/read.main/129554/
Figuur 36: http://www.flickr.com/photos/thekenzers/21326217/
Figuur 37: http://videodromeradio.wordpress.com/2009/08/
Figuur 38: http://rapidsoft-mega.net/2009/11/15/madame-curie-1943.html
Figuur 39: http://scicommarts.wordpress.com/2009/11/28/eppur-si-muove-a-tribute-to-
galileo/
Figuur 40: http://www.tinydl.com/movies/174450-from-the-earth-to-the-moon-
1998.html
Figuur 41: http://teachingphysics.wordpress.com/2008/05/31/mythbusters-the-
scientific-method/
Figuur 42: http://jv.gilead.org.il/forum/2007/06/0030.html
Figuur 43: http://natgeotv.com.au/programmes/engineering-connections/learn-more
Figuur 44: http://natuurwetenschap.web-log.nl/natuurwetenschap/2005/09/hoe_zo.html
Figuur 45: http://popebenedictxviblog.blogspot.com/2008_10_01_archive.html
55
1 Laatste aflevering van het vijfde seizoen (21/5/1995) en eerste aflevering van het
zesde seizoen (17/9/1995).
2 “Independence Day” (1995) door R. EMMERICH met o.a. Will Smith.
(http://www.imdb.com/title/tt0116629/)
3 “Sin City” (2005) door Frank Miller en Robert Rodriguez met o.a. Jessica Alba en Alexis
Bledel. (http://www.imdb.com/title/tt0401792/)
4 DARK HORSE COMICS, Miller Zone, internet, mei 2010,
(http://www.darkhorse.com/Zones/Miller)
5 KERR, P., Film Noir Reader: “Out of What Past?”, 1979
6 WALKER, M., The Movie Book of Film Noir, Cameronshire, Dumfriesshire, Schotland,
1992, pp. 8-32
7 DISCOVERY CHANNEL, Mythbusters, internet, mei 2010,
(http://dsc.discovery.com/tv/mythbusters/)
8 MASSACHUSSETS INSTITUTE OF TECHNOLOGY, MIT, internet, mei 2010,
(http://web.mit.edu/)
9 “Up” (2009) door Pete Docter en Bob Peterson met o.a. Edward Asner.
(http://www.imdb.com/title/tt1049413/)
10 “Avatar” (2009) door James Cameron met o.a. Sam Worthington.
(http://www.imdb.com/title/tt0499549/)
11 SEAN HOUSE, How 3D TV Technology Works, Ezine Articles, internet, 28 december
2009. (http://ezinearticles.com/?How-3D-TV-Technology-Works&id=3488775)
12 HYUNDAI IT CORP., internet, mei 2010, http://www.hyundaiit.com/
13 SAMSUNG, internet, mei 2010, (http://www.samsung.com/be/)
14 MITSUBISHI ELECTRIC, internet, mei 2010, (http://www.mitsubishi-tv.com/)
15 PHILIPS, internet, mei 2010, (http://www.philips.be/)
16 “Terminator 2: Judgement Day” (1991) door James Cameron met o.a. Arnold
Schwarzenegger. http://www.imdb.com/title/tt0103064/
17 “Heroes” (2006) door Tim Kring met o.a. Hayden Panettiere.
(http://www.imdb.com/title/tt0813715/)
18 Fanpagina over het Heroes-personage Tracy Strauss met meer informatie en een
overzicht van de afleveringen waarin ze verschijnt:
http://nl.heroeswiki.com/Tracy_Strauss
19 “Titanic” (1997) door James Cameron met o.a. Leonardo DiCaprio en Kate Winslet.
http://www.imdb.com/title/tt0120338/
20 “MacGyver” (1985-1992) door Lee David Zlotoff met o.a. Richard Dean Anderson.
(http://www.imdb.com/title/tt0088559/)
56
21 “Up” (2009) door Pete Docter en Bob Peterson met o.a. Ed Asner.
(http://www.imdb.com/title/tt1049413/)
22 NEWTON, SIR ISAAC, Principia, vol I: The motion of bodies. Motte's translation revised
by Cajori, University of California Press, 1962
23 WIKIPEDIA, Unruh effect, internet, mei 2010,
(http://en.wikipedia.org/wiki/Unruh_effect)
24 AKHMEDOV, EMIL T. en SINGLETON, DOUGLAS, “On the physical meaning of the
Unruh effect”, 19 oktober 2007, http://arxiv.org/abs/0705.2525v3
25 STAR WARS, internet, mei 2010, (http://www.starwars.com/)
26 “Battlestar Galactica” (2004-2009) door Ronald D. Moore met o.a. Edward James
Olmos en James Callis. (http://www.imdb.com/title/tt0407362/)
27 STARGATE, internet, mei 2010, (http://stargate.mgm.com/)
28 “Star Wars” (1977) door George Lucas met o.a. Mark Hamill en Harrison Ford.
(http://www.imdb.com/title/tt0076759/)
29 “Star Trek” (1966-1969) door Gene Roddenberry met o.a. Leonard Nimoy en William
Shatner. (http://www.imdb.com/title/tt0060028/)
30 BURROUGHS, EDGAR RICE, “Tarzan and the Apes”, A. C. McClurg, 1914, 400 p.
31 Gezien het boek reeds 86 jaar oud is, rust er geen auteursrecht meer op. Men kan het
boek gratis downloaden bij Project Gutenberg: http://www.gutenberg.org/etext/78
32 “Lost” (2004-2010) door J.J. Abrams, Jeffrey Lieber en Damon Lindelof met o.a.
Matthew Fox en Jorge Garcia. (http://www.imdb.com/title/tt0411008/)
33 “316”, seizoen 5, aflevering 6, origineel uitgezonden op 18 februari 2009.
(http://www.imdb.com/title/tt1340502/)
34 “The Simpsons”, seizoen 2, aflevering 17, origineel uitgezonden: 1 november 1990
35 KOBILNYK, ANDREY, Radiation and three-eyed fish, internet, 25 juli 2007,
(http://www.firstscience.com/home/perspectives/editorials/radiation-and-three-eyed-
fish-page-2-1_34174.html)
36 HALPERN PAUL, “What’s Science Ever Done For Us: What the Simpsons Can Teach Us
About Physics, Robots, Life, and the Universe”, Hoboken NJ, Wiley, 2007, 276 p.
37 “Das Boot” (1981) door Wolfgang Petersen met o.a. Jürgen Prochnow.
(http://www.imdb.com/title/tt0082096/)
38 “U-571” (2000) door Jonathan Mostow met o.a. Matthew McConaughey en Bill Paxton.
(http://www.imdb.com/title/tt0141926/)
39 “The Hunt For Red October” (1990) door John McTiernan met o.a. Sean Connery en
Alec Baldwin. (http://www.imdb.com/title/tt0099810/)
40 Een overzicht van alle duikbootfilms ooit: http://www.submarinemovies.com/
57
41 PELHAMDOG, Why airplane doors can‟t be opened mid-flight, internet, 30 januari
2006, (http://everything2.com/title/Why+airplane+doors+can%2527t+be+opened+mid-
flight)
42 WISEGEEK, Can you open an airplane door during flight?, internet, mei 2010,
http://www.wisegeek.com/can-you-open-an-airplane-door-during-flight.htm
43 “Lawrence of Arabia” (1962) door David Lean met o.a. Peter O’Toole en Alec Guinness.
(http://www.imdb.com/title/tt0056172/)
44 “Madame Curie” (1943) door Mervyn LeRoy met o.a. Greer Garson.
(http://www.imdb.com/title/tt0036126/)
45 “Galileo” (1975) door Joseph Losey, met o.a. Topol.
(http://www.imdb.com/title/tt0073029/)
46 “From the Earth to the Moon” (1998) door Erik Bork en Jonathan Marc Feldman met
o.a. Tom Hanks en Nick Searcy. (http://www.imdb.com/title/tt0120570/)
47 “Apollo 13” (1995) door Ron Howard met o.a. Tom Hanks en Bill Paxton.
(http://www.imdb.com/title/tt0112384/)
48 CHAIKIN, ANDREW, “A Man on the Moon”, Penguin, 1998, 688 p.
