Jojo

Onderwerp: Arbeid en energie, Kracht in evenwichtssituaties

Vele natuurkundige vragen over de mogelijke gedragingen van een jojo.

Thema

Mechanica, translatie en rotatie, energie

Waar gaat het over?

Als je iets laat vallen, gaat dat snel. De versnelling is bijna 10 m/s2. Althans als de wrijving niet te groot is. Hang je echter het voorwerp aan een touwtje dat je op een asje hebt gerold (een jojo dus) dan valt het lang niet zo snel, en dat ligt niet aan de wrijving. De snelheid waarmee het 'valt' hangt ook nog af van de jojo, de ene jojo valt sneller dan de andere. Je kunt de jojo ook een snelheid meegeven. Heb je een speciale jojo, dan kunnen er vreemde effecten optreden: de jojo blijft rustig ronddraaien daar beneden aan het touwtje, totdat de rotatie afgenomen is en het touwtje plotseling weer grip op het ding krijgt: hij rolt weer naar boven toe. Hier speelt een heleboel natuurkunde een rol. Misschien iets om te onderzoeken?

Een goede ingang om het verschijnsel te proberen te begrijpen en te beschrijven is na te denken over de verschillende vormen van energie. Je kent al potentiële energie (mgh) en bewegings energie van een voorwerp dat rechtlijnig beweegt (½mv2) als verschillende energievormen. In dit geval treedt er nog een andere vorm van bewegingsenergie op: rotatieënergie. Dat begrip is nog niet behandeld op school, maar misschien kun je daar over nadenken en dat kan een deel van je onderzoeksvraag zijn. Schroom niet een eigen jojo te maken. Natuurkundigen doen dat wel vaker: als het hun te ingewikkeld wordt, dan vereenvoudigen ze de boel, of als ze iets willen variëren (de vorm van de jojo bijvoorbeeld) om een bepaald idee te onderzoeken, dan zorgen ze daar gewoon voor. Een probleem in dit experiment is: hoe meet je de beweging van de jojo? Dat hangt af van de apparatuur die je tot je beschikking hebt. Met een sensor die de plaats van een voorwerp kan bepalen, kun je de computer gebruiken. Misschien kun je video-opnamen maken, en is er een computerprogramma beschikbaar dat de videobeelden kan analyseren. Als dat zo is, zijn er allerlei mogelijkheden voor het doen van onderzoek.

Vragen die een rol kunnen spelen:

  • Is de beweging nog steeds eenparig versneld?
  • Is er energiebehoud?
  • Wat is de invloed van de vorm van de jojo op de beweging?
  • Is er een relatie tussen de rotatie en de translatie (de rechtlijnige beweging?

Aard van het onderzoek

Apparatuur: Jojo (gekocht of gemaakt), instrumenten om afstanden te meten, een computer met een sensor om afstanden mee te meten.

Experimenteel: eenvoudig

Theorie: lastig. Je zal zelf misschien verwachtingen over mogelijke verbanden moeten formuleren. Rotatie(energie) valt buiten het examenprogramma. Wil je daar toch het een en ander over lezen, dan kun je dat vinden in elk mechanicaboek. Vraag je docent daarna.