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.
Opgave
Vragen en opdrachten
Het lijkt erg vreemd: een voorwerp dat onder invloed van de wind tégen de wind in gaat bewegen. Kan dat wel?
a) Als het mogelijk is, wat kun je zeggen over de luchtweerstand, de rolweerstand en de aandrijfkracht in vergelijking tot elkaar?
b) Hoe kun je de tegenwerkende krachten zo klein mogelijk maken?
c) Hoe kun je de aandrijvende kracht zo groot mogelijk maken?
d) Wat voor tegenstrijdigs zit er bij vraag (b) en bij vraag (c)?
Toch lijkt het wel mogelijk iets te maken wat tegen de wind beweegt.
e) Geef een mogelijke verklaring.
De vraag blijft: kan het eigenlijk wel? Het filmpje in het oorspronkelijk artikel in de NRC geeft hier geen duidelijk antwoord op.
f) Er zijn kunstenaars die bewegende beelden ontworpen hebben die door windkracht gaan lopen. Zie bijvoorbeeld Strandbeesten en filmpjes van Theo Jansen op Youtube. Ook hierin wordt niet duidelijk antwoord gegeven op de vraag of die beesten wel recht tegen de wind in kunnen lopen. We zullen dus zelf aan de slag moeten. Op de foto en op de website van de NRC is het principe van de werking duidelijk aangegeven. Ook op internet wordt het principe wel duidelijk. Welk groepje uit jouw klas is het beste in staat om zo'n 'windwagentje' te bouwen. Allereerst moet de klas het wel vooraf eens worden wanneer iets 'het beste' is. Bedenk dus eerst per groepje minimaal 2 criteria, wanneer een maaksel 'het beste' genoemd mag worden. Bediscussieer daarna met de hele klas, welke criteria jullie zullen hanteren. De leraar kan afspreken wat de hoofdprijs zal zijn.
Uitwerking vraag (a)
De luchtweerstand van de wind op het wagentje en de rolweerstand samen zijn in het begin iets kleiner dan de door de wind veroorzaakte aandrijfkracht. Als het wagentje eenmaal loopt zullen de tegenwerkende krachten wel even groot zijn als de aandrijvende kracht.
Uitwerking vraag (b)
Door het wagentje een zo goed mogelijke stroomlijn te geven en een zo klein mogelijk frontaal oppervlak. En door de rolweerstand zo klein mogelijk te maken door heel goede kogellagers tussen wiel en as. Het gewicht speelt daarbij ook een rol: hoe kleiner dat gewicht, des te kleiner die rolweerstand.
Uitwerking vraag (c)
Door het wiekmechanisme zo veel mogelijk wind op te laten vangen. En door de overbrenging op de wielen zo efficiënt mogelijk te maken.
Uitwerking vraag (d)
Als het wiekmechanisme zoveel mogelijk wind opvangt, lijkt de luchtweerstand ook groot te zijn.
Uitwerking vraag (e)
De tegenwerkende kracht van de wind brengt ‘iets’ aan het draaien en dat drijft de wielen aan. Misschien kan die aandrijvende kracht zo groter worden dan de luchtweerstand op het apparaat, maar dan moet de stroomlijn van het apparaat wel supergoed zijn.
Uitwerking vraag (f)
De criteria: Wie heeft gewonnen? : wie het snelst een bepaald traject met zijn product aflegt tegen de wind in. Als wind kan een föhn gebruikt worden. Als twee groepen gelijk eindigen, dan wint het eenvoudigste ontwerp (bijvoorbeeld).
