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.
Vragen en opdrachten
In de NRC Next van 29 januari 2010 zijn grafieken getekend van de verticale component van de kracht op de voet van een hardloper.
a) Op de verticale as is eigenlijk geen kracht weergegeven, maar een verhouding. Leg dat uit.
De volgende vragen gaan over de bovenste grafiek.
b) Leg uit hoe de grafiek van de kracht van de hardloper op de weg er uitziet.
c) Voor welke tijdsintervallen geldt gewichtsloosheid van de hardloper? Beargumenteer je antwoord.
d) Waar houdt de landing op? (twee antwoorden)
e) Waar begint de afzet? (twee antwoorden)
De twee onderste grafieken hebben betrekking op het effect van hardloopschoenen en het effect van de voorvoetlanding.
f) Waardoor ligt het grafiektopje van de hiellanding hoger door het gebruik van hardloopschoenen?
Hier volgt een citaat van een zin, die in de krant naast de grafiek stond: “Voorvoetlanders hebben een verender loop, waardoor ze hun belasting verminderen.”
g) Verklaar deze zin vanuit informatie, die je uit de grafieken haalt.
Uitwerking vraag (a)
Het is de verhouding tussen de verticale kracht op de voet en het rustgewicht van de hardloper.
Uitwerking vraag (b)
Bij de botsing tussen voet en bodem geldt de derde wet van Newton en is de kracht van de bodem op de voet even groot, maar tegengesteld aan de kracht van de voet op de bodem. Je kunt de grafiek krijgen door de gegeven grafiek te spiegelen om de tijd-as.
Uitwerking vraag (c)
Voor t ≤ 0,14 s en voor t ≥ 0,38 s.
Uitwerking vraag (d)
De hiellanding houdt op bij t = 0,17 s, de middenvoetlanding bij t = 0,22 s, in beide gevallen is de verticale snelheid gelijk aan 0 m/s.
Uitwerking vraag (e)
Bij t = 0,17 s (hiel) en t = 0,22 s (middenvoet).
Uitwerking vraag (f)
Met schoenen krijgt de voet gedurende langere tijd de veerkracht van de uitverende hak terug.
Uitwerking vraag (g)
In de onderste grafiek verandert de kracht niet abrupt, de veranderingen per seconde zijn minder groot en daardoor minder belastend.
