Samenvatting van afgelopen jaar

het afgelopen jaar hebben we bewegen, botsen, draaien, vallen besproken. Nu snappen we dus ook hoe een jojo werkt:

Of hoe je een ketchupfles leeg krijgt

13 waarom staat de aardas scheef?

Vorige week hebben we gezien dat het moeite kost om te gaan draaien, en als het eenmaal draait, blijft het draaien. Maar hoe kan het kat in de lucht draaien?

De planeten draaien om de zon, en de planeten draaien om hun as. Dit komt omdat ze uit dezelfde wolk van stof zijn ontstaan:

Maar staat de aardas scheef? We weten het niet zeker, maar waarschijnlijk komt het door een grote botsing die de maan heeft veroorzaakt:

De andere planeten staan ook een beetje scheef. Er zijn twee rare gevallen: Venus en Uranus:

Maar waarom blijft de as van de aarde dezelfde kant opwijzen? Een astronaut laat het zien:

Kogels krijgen in een geweer een draaiing mee, zodat ze stabieler vliegen. Zo ziet een loop van een geweer er uit:

 Het gevolg is dat je een kogel kan laten tollen:

Satellieten gebruiken hetzelfde truukje:

Maar wat gebeurt er als je een draaien voorwerp toch van richting wil laten veranderen? Precies wat je niet verwacht:

12 Draaiing: waarom draait de aarde?

Waarom draait iets? Hoe begint iets te draaien, en wanneer stopt het?

Isaac Newton bestudeerde beweging, en ontdekte dat draaiing heel veel lijkt op rechtlijnige beweging

Dezelfde wetten gelden:
-Het kost moeite om iets te laten draaien
-Het kost moeite om iets te laten stoppen met draaien
-Hoe zwaarder het wiel, hoe moeilijker het van beweging verandert.

Zo duurt het even voordat een straalmotor op snelheid is:

Maar als iets eenmaal draait, dan stopt het niet meer zomaar:

Dit geldt ook voor een rauw ei: stop je een draaien rauw ei, dan gaat het binenste door!

Hoe kan een satelliet in de ruimte dan draaien? Met raketten, net als vuurwerk:

Of met draaien wielen: als een wiel linksom wil, wil de rest juist rechtsom:

Het is dus moeilijk om de aarde in beweging te krijgen, maar als hij beweegt, blijft hij voor eeuwig door gaan.

Maar draaien en bewegen hebben ook verschillen. Hoe verder het gewicht uit het middelpunt zit, hoe moeilijker het in beweging komt:

Maar hoe komt het dat de aarde draait?
Gewichte aan een wiel willen dezelfde snelheid houden. Als de gewichten dichter naar de as gaan, gaat het sneller ronddraaien:

Hemellichamen rond de zon doen dit ook, zoals we al eerder hebben gezien:

Bij het ontstaan van de zonnestelsel kwamen stofdeltjes langzaam bij elkaar. Een klein verschil in richting van de stofdeeltjes zorgt voor een grote draaiing:

Zo zijn alle planeten gaan draaien. De Aarde en Mars doen er ongeveer 24 uur over om een rondje te draaien. Mercurius en Venus zijn afgeremd door de zon en staan bijna stil. De grote gasreuzen hebben veel materie opgeslokt en draaien daardoor heel snel. Op Jupiter duurt een dag slechts 10 uur!

11 hoe werken seizoenen en waarom is het aan de evenaar warm?

Waarom is het aan de evenaar warm? Op de polen wordt dezelfde hoeveelheid zonne-energie over een groter gebied verdeeld:

Waarom zijn er seizoenen?

En zo kan het dat de op de noordpool in de zomer nooit onder gaat:

10 hoe werkt de stoomboot?

Sinds 1850 vaart Sinterklaas met een stoomboot naar Nederland. In die tijd was een stoomboot heel nieuw. Hoe werkt een stoommachine?

Stoom is een ander woord voor waterdamp. Als water heet wordt, verdampt het en wordt het een gas. Het gas is veel groter dan het water. Daarom begint een fluitketel te fluiten:

De eerste stoommachine werd ongeveer 2000 jaar geleden uitgevonden door Heron van Alexandrie. Deze stoommachine, de "Aeolipile" werkte door als een raketmotor heet gas weg te blazen:

Iedereen vond het een leuk speelgoed, maar had geen idee wat je er verder mee kon.

Pas in 1700 bedacht Thomas Savery een apparaat om water op te pompen

Als stoom heet is, wordt het heel groot. Koelt het af, dan krimpt het weer. Op deze manier kan de krimpende stoom water opzuigen:

Helaas was de diepte van de put beperkt door de grootte van het stoomvat. Thomas Newcomen en James Watt bedachten zuigers en kleppen, zodat de stoommachine in een echte motor verandert:

James watt

Het volgende filmpje laat zien hoe de kleppen en zuigers zorgen voor de beweging van de stoommachine.

Sindsdien werden stoommachines voor veel fabrieken gebruikt.
Voor malen, zagen, pompen, en natuurlijk ook voor treinen (zoek de zuiger):

En uiteraard voor stoomboten. De beroemdste stoomboot is de Titanic, die in 1912 op zijn eerste tocht al zonk:

 
Vlakbij Schiphol staat de grootste stoommachine ter wereld, de Cruquius:

Stoom is helaas te heet voor Lego, maar met Lego kan je wel een stoommachine nabouwen die niet op stoom, maar op gewone lucht werkt:

 

09 raketten

Als je wilt bewegen moet je je afzetten tegen de grond. Zo kunnen we fietsen, autorijden, steppen, noem maar op. Maar hoe kunnen we in de ruimte bewegen, waar niets is om tegen af te zetten?

We kunnen proberen om zelf tegen onze zeilen te blazen, maar dat werkt helaas niet:

Of ga eens op een bureaustoel zitten en probeer vooruit te gaan zonder de grond te raken.

Gelukkig weten we van vorige week hoe botsen werkt: de hoeveelheid "beweging naar links of rechts" blijft gelijk, ook na botsen. Laten we nu gaan kijken wat er gebeurt als twee karretjes elkaar wegduwen:

Een raket werkt op dezelfde manier. Het gaat niet om het vuur van de raket, maar om de snelheid waarmee de brandstof uit de raket schiet.

De eerste raketten werden 100 jaar geleden in China uitgevonden

Ruim 100 jaar geleden deed de rus Konstantin Tsiolkovsky veel onderzoek naar raketten

Hij berekende dat:

• de brandstof zo snel mogelijk moest wegvliegen
• de brandstof zo zwaar mogelijk moest zijn
• de raket zo licht mogelijk moest zijn

Daarna werden de raketten steeds beter. Een andere pionier van Goddard in 1929:

Helaas werden raketten ook voor slechte zaken gebruikt, zoals voor oorlogen

Na de oorlog wilde men naar de ruimte kunnen. Hiervoor had met grotere raketten nodig, maar ook slimmere: meertrapsraketten. 

De raket die nodig was om naar de maan te gaan was meer dan 100 meter hoog:

En in de motoren kon je wonen:

En dat maakt veel kabaal bij de lancering:

08 botsingen

Intermezzo: Nederlander heeft nieuwe verklaring voor zwaartekracht

Vorige week hebben we gezien:

• het kost moeite om iets te laten bewegen
• het kost evenveel moeite om iets af te remmen
• hoe zwaarder, hoe moeilijker het beweegt

Maar wat gebeurt er als er twee auto's of knikkers tegen elkaar botsen? Newton ontdekte dat beweging doorgegeven kan worden. Als een botsauto tegen een stilstaande botsauto botst, dan stopt de ene, en begint de andere juist te rijden:

Maar wat als ze allebei naar elkaar toe rijden? Dan geven ze elkaars energie door:

We zien dit ook op een biljard: ballen geven elkaars energie door.

Maar wat gebeurt er als beide ballen of auto's niet even groot zijn? Bedenk eens wat er gebeurt als een vlieg tegen een auto vliegt, of als een auto tegen een vlieg rijdt. 

Je kunt nog veel meer leuke dingen doen met botsingen. Het apparaat hieronder wordt de Newtonpendel genoemd:

En een ander leuk experiment wordt ook wel "Galileo's Kanon"genoemd:

07 hoe werkt beweging?

De oude grieken zoals Aristoteles zagen dat paarden moesten werken om een kar te laten bewegen. Maar als de paarden stopten, stopte de kar ook. De grieken dachten dat alles graag "stil wil staan".

Newton zag dat de maan altijd bleef bewegen. Hij bedacht dat alles met constante snelheid beweegt, tenzij je het probeert af te remmen of probeert te versnellen.

Zware dingen zijn moeilijker te bewegen dan langzame dingen, maar ze zijn ook moeilijker om af te remmen:

En wat gebeurt met jou in een trein of auto? Jou lichaam wil gewoon met dezelfde snelheid rechtdoor. Gelukkig hebben auto's gordels:

Waarom stoppen de meeste dingen na een tijdje? Dit komt door wrijving. Doordat alles een beetje ruw is, wrijven wielen en andere bewegende delen over elkaar, en remmen ze elkaar af.

Dingen zijn dus moeilijk af te remmen, maar ook moeilijk in beweging te krijgen. Daarom kan je ook een tafelkleed onder het servies uittrekken (probeer dit niet thuis!)

 

Je kunt dit online uitproberen! Klik op onderstaande plaatje:

06 Hoe groot is het zonnestelsel?

Hoe ver staat de maan van ons af? Is het een kleine maan die dichtbij staat, of een grote maan die ver weg staat? We kunnen geen meetlat naar de maan bouwen, dus we zullen iets slims moeten doen. Het zal je niet verbazen: de Grieken wisten hadden deze afstand al berekend!

De Griek Aristarchus had de oplossing:

Door goed te kijken naar een maansverduistering zag hij hoe groot de aarde was ten opzichte van de maan:

Nu wist hij dat de maan ongeveer drie keer zo klein was als de aarde, en zo berekende hij dat de maan ongeveer 384000 kilometer is. Er passen dus ongeveer 30 aardbollen tussen de aarde en de maan!

Een andere manier is om te kijken naar plaats van de maan ten opzichte van verschillende punten op aarde:

De planeten staan veel verder weg, dus is het veel moeilijker om de afstand te meten. Pas in 1672 slaagde Cassini hierin:

Terwijl hij in Parijs bleef, ging zijn collega Jean Richer naar Amerika. Ze zagen een ontzettend klein verschil: ongeveer de dikte van een haar op 2 meter afstand! Hieruit konden ze de afmetingen van het hele zonnestelsel berekenen:
Mercurius: 58 miljoen kilometer
Venus: 108 miljoen kilometer
Aarde: 149 miljoen kilometer
Mars: 228 miljoen kilometer
Jupiter: 779 miljoen kilometer
Saturnus: 1434 miljoen kilometer
Uranus: 2873 miljoen kilometer
Neptunus: 4495 miljoen kilometer
Pluto: 5870 miljoen kilometer
Als de aarde zou krimpen tot een speldenknop, en de zon tot een voetbal, dan zou het zonnestelsel er zo uitzien:


 

Pluto zou ongeveer op de kerk van Deurne staan! Je ziet dat Pluto een gekke baan heeft. Daarom tellen ze Pluto niet meer mee als planeet. De dichtbijzijnste ster staat ook op schaal op het plaatje. Probeer hem te vinden! 

ten slotte nog twee filmpjes om de grootte van het heelal te zien

05 een raket naar een komeet

Afgelopen vrijdag was het in het jeugdjournaal: een ruimtemissie naar een komeet is afgelopen. Wat is een komeet en wat was het doel van de missie? 


Ons zonnestelsel heeft niet alleen planeten. Er vliegen nog veel meer kleine rotsblokken rond. Kometen zijn rotsblokken die geen circelbaan, maar een langgerekte baan hebben.

Ze bestaan uit steen en ijs, en worden daarom ook wel "vuile sneeuwbal" genoemd.

De naam "Komeet" is bedacht door Aristoteles en betekent "langharig". De meeste kometen hebben namelijk een staart van ijs dat smelt als het in de buurt van de zon komt:

Vanaf aarde kan je soms een komeet zien:

De Nederlander Hendrik Oort berekende in 1950 dat alle kometen uit een soort wolk komen die heel ver van de planeten afligt. Dit wordt de Oortwolk genoemd.

Hoe groot de wolk is zien we volgende week


Wetenschappers denken dat vroeger kometen zijn neergestort op aarde, waardoor er water op aarde kwam. Misschien hebben de kometen ook wel het leven gebracht naar de aarde!
Daarom hebben wetenschappers uit Europa een ruimtesonde gebouwd om een komeet van dichtbij te bekijken. De sonde "Rosetta" ging op jacht naar de komeet Tsjoerjoemov-Gerasimenko

 

Rosetta deed er 10 jaar over om de komeet te bereiken! Hier zie je de baan van Rosetta:

Zodra Rosetta dichtbij was, werd duidelijk dat de komeet een hele vreemde vorm had. Hij lijkt wel op een eendje!

Rosetta maakt niet alleen foto's; hij stuurde ook een kleine lander genaamd Philae naar het oppervlak:

Dankzij deze missie weten we nu veel meer over kometen. Zo hebben ze gemeten dat deze komeet kleine bouwsteentjes bevat die nodig zijn voor leven!

Op 30 september 2016 waren de batterijen van Rosetta bijna op. Daarom hebben ze besloten om op de komeet te landen, om zo voor de laatste keer foto's van heel dichtbij te maken.

 

Missie geslaagd!

 Voor meer informatie, zie de website van Rosetta

04 Hoe groot zijn de aarde en andere planeten?

Is de Aarde plat of rond? Aristoteles wist niet dat een alle stenen even snel vallen, maar hij wist wel al dat de aarde rond was!

Waarom wist hij dat? Hij zag dat je op verschillende plekken op aarde andere sterren kon zien. Ook verdwijnen schepen achter de horizon:

Het was een andere griek, Eratosthenes, die kon berekenen hoe groot de aarde was:

Dit deed hij door te kijken hoe de zon op verschillende plekken op aarde schijnt:

Zo voorspelde hij dat de omtrek van de aarde ongeveer 40000 kilometer is. De diameter is ongeveer 13000 km


De aarde is de vijfde grootste planeet van het zonnestelsel. De andere planeten hebben de volgende grootte:
Mercurius: 5000 kilometer
Venus: 12000 kilometer
Aarde: 13000 kilometer
Mars: 7000 kilometer
Jupiter: 143000 kilometer
Saturnus: 121000 kilometer
Uranus: 51000 kilometer
Neptunus: 49000 kilometer
Pluto: 2000 kilometer

Het onderstaande filmpje laat het nogmaals zien:

Wil je meer weten over de planeten? Ga dan naar:

03 Zwaartekracht in het zonnestelsel

Als iets in een rondje gaat, dan valt het niet naar de aarde. Zo blijft de maan of een raket in een baan om de aarde. Hoe dichter je bij de aarde zweeft, hoe sneller je om de aarde vliegt. De maan doet er 28 dagen over om een rondje om de aarde te maken de meeste satellieten doen dit in enkele uren! Deze regeltjes waren voor het eerst opgesteld door Johannes Kepler:

Maar hoe zit het met de Zon?

De aarde draait om de zon, en de maan draait weer op haar beurt rond de aarde. Het volgende filmpje laat dit goed zien:

De aarde is niet de enige planeet. Er zijn er in totaal 8.

Als je op het volgende plaatje klikt, ga je naar een "zonnestelselsimulator:"

Als de bovenstaande niet werkt, dan werkt de onderste misschien wel:

Je ziet het: alle planeten draaien netjes in rondjes, de binnenste planeten draaien sneller dan de buitenste.

Probeer zelf een zonnestelsel te maken. Ga naar deze link.

Nog een andere simulator vind je hieronder:

Hier vind je een filmpje wat hoe je het zonnestelsel kunt namaken met een stuk elastisch doek:

02 Middelpuntvliedende kracht

Op aarde worden we door de aarde aangetrokken. Maar wat gebeurt er in de ruimte? 

Toen Isaac Newton rond 1660 onder een boom zat, viel er een appel op zijn hoofd. Hij vroeg zich af "waarom valt de appel op de grond, maar blijft de maan in de hemel?".

Hij ontdekte dat alle dingen het liefst rechtdoor gaan, en niet in de bocht. Dit geldt ook voor auto's, die uit de bocht kunnen vliegen:

Eigenlijk wil de maan ook rechtdoor, maar door de zwaartekracht makt de maan een rondje om de aarde. Zo valt de maan nooit op de aarde.

Vergelijk het met een emmer water die je kunt rondzieren zonder dat het water eruit valt:

En daarom draaien dingen om elkaar heen in de ruimte. Ze willen elkaar niet verliezen, maar ook niet op elkaar botsen!

Als in een raket zit, val je net zo snel naar de aarde als de raket zelf. Dit komt dankzij het proefje van vorige week: de zware raket valt even snel als de lichte astronaut. Daarom voelt het alsof je gewichtsloos bent. Hierdoor kan je leuke truukjes doen:

Maar na een tijdje begint zweven te vervelen. Gelukkig hebben een paar astronauten een oplossing bedacht om niet te hoeven zweven in de ruimte, door rondjes te rennen:

Dit truukje gebruiken we heel vaak in het dagelijks leven. Bijvoorbeeld in de zweefmolen:

En wat gebeurt er als je heel snel rondjes draait? Dan kan je bijvoorbeeld je kleren drogen:

Of testen of mensen geschikt zijn om met een vliegtuig of raket te vliegen:

Helaas moeten we naar de ruimte om gewichtloos te zijn. Of toch niet? Als je met een vliegtuig een vrije val maakt, kan je heel even gewichtsloos zijn:

01 Zwaartekracht

Waarom valt alles naar beneden? Vallen zware dingen sneller dan lichte dingen? De griekse filosoof Aristoteles zei 2300 jaar geleden dat zware dingen het snelst vallen.

En iedereen geloofde hem blindelings. In 1585 nam Simon Stevin de proef op de som door een grote kogel en een kleine kogel van de scheve toren van Delft te laten vallen:

En wat bleek? De grote kogel en de kleinde kogel vielen even snel! Bijna 1900 hebben mensen het verkeerde geloofd. Zo zie je maar: eerst kijken, dan weten.

Maar vallen alle dingen echt even snel?
Nee, een veertje valt veel langzamer dan een kogel. Dit komt doordat de lucht het veertje gemakkelijker kan afremmen dan een kogel. In het onderstaande filmpje hebben ze alle lucht uit de kamer weggezogen:

De kogel en de veer komen tegelijkertijd aan!

Geldt dit overal in de ruimte?
Waar een ster, planeet of maan is, is ook zwaartekracht. Maar de zwaartekracht is niet overal even sterk. Op onze maan is de zwaartekracht 6 keer zwakker dan op aarde. Zo zou iemand van 25 kilo net zo zwaar aanvoelen als een kat!

Van 1969 tot 1972 zijn er 6 keer mensen op de maan geweest. Doordat er minder zwaartekracht is, kunnen ze gemakkelijk springen:

En valt op de maan ook alles even snel? Deze astronaut doet hetzelfde proefje met een hamer een een veer:

Ze vallen langzamer dan op aarde, maar wel tegelijkertijd!

Wat hebben we hier aan?

Watermolens en klokken gebruiken zwaartekracht voor hun aandrijving.

Maar bedenk wat er zou gebeuren als er geen zwaartekracht zou zijn: alles zou zweven! Dat zou wel eventjes leuk zijn, maar daarna al snel heel lastig gaan worden!