Een opgave van de redactie van Stichting Exaktueel. Op basis van artikelen in de media worden opgaven gemaakt die aansluiten bij het natuurkunde-onderwijs in het voortgezet onderwijs.
Opgaven:
a) Kijk goed naar de foto en leg uit wat er waarschijnlijk gebeurd is.
b) Zoek op internet het Nederlandse woord voor inertia op.
c) Wat wordt er in de natuurkunde met dit begrip bedoeld.
d) Leg uit wat de relatie is tussen dit begrip en de afbeelding.
De wrijvingskracht die op de steen werkt tijdens het afremmen is blijkbaar niet genoeg om de steen even snel af te remmen als de vrachtwagen. Om een schatting te maken hoe groot deze wrijvingskracht minstens moet zijn moet de massa van de steen bekend zijn. Deze kun je bepalen door het volume van de steen te schatten en de dichtheid van de steen op te zoeken in BINAS.
e) Bepaal de massa van de steen aan de hand van een schatting van het volume en de dichtheid van het gebruikte materiaal.
Volgens de APK-keuringseisen moet een bedrijfsauto een remvertraging van minstens 5,0 m/s2 hebben.
f) Bereken met behulp van jouw antwoord op vraag e hoe groot de minimale wrijvingskracht op de steen moet zijn om deze tegelijk met de vrachtwagen af te laten remmen.
Uitwerking vraag (a)
De vrachtwagen reed op snelheid en de chauffeur besloot te remmen. De steen was echter niet goed vastgemaakt. Hierdoor remde de steen minder snel af dan de vrachtwagen en vloog de steen naar voren ten opzichte van de vrachtwagen.
Uitwerking vraag (b)
Traagheid.
Uitwerking vraag (c)
Traagheid is de naam voor het verschijnsel dat er een kracht nodig is om een voorwerp een andere snelheid of richting te geven. Deze kracht is evenredig met de massa van het voorwerp.
Uitwerking vraag (d)
De steen heeft veel massa. Volgens het begrip traagheid is er dus een grote kracht nodig om deze steen tot stilstand te krijgen. Blijkbaar kon de vrachtwagen onvoldoende kracht uitoefenen op de steen om deze af te remmen.
Uitwerking vraag (e)
Een standaardcontainer is ongeveer 6 meter lang, 2,44 meter breed en 2,60 meter hoog. De hoogte van de steen kan dan geschat worden op ongeveer 1,8 meter. De breedte van de steen is niet goed te zien in de foto en zal dus gegokt moeten worden. Ik ga uit van een vierkante steen, en neem voor de breedte dus 1,8 meter. De steen lijkt al een beetje naar beneden gekanteld te zijn. Dit gebeurt als meer dan de helft van de massa uit de container steekt. Voor de lengte schat ik daarom 4,0 meter. Dit geeft een volume van:
V = l * b * h = 4,0 * 1,8 * 1,8 = 12,96 = 13 m3
Het materiaal is onbekend. In de BINAS vind ik voor de dichtheid van verschillende steensoorten waardes tussen de 1,5 * 103 en 2,5 * 103 kg/m3. Als we een dichtheid van 2,0 * 103 kg/m3 nemen vinden we een massa van:
m = ρV = 2,0 * 103 * 12,96 = 25920 = 2,6 * 104 kg
Uitwerking vraag (f)
Aangezien de wrijvingskracht de enige kracht is die in de horizontale richting op de steen werkt is dit de nettokracht.
De nettokracht die moet werken om de steen een vertraging van 5,0 m/s2 te geven is:
Fn = m * a = 25920 * 5,0 = 1,3 * 105 N
Meer opgaven van de redactie van Exaktueel kunt u hier vinden.
