Vraag 14Kreukelzone
Uitwerkbijlage
Print de uitwerkbijlageDeze vraag beantwoord je op de uitwerkbijlage. Print hem en vul hem in, of neem de figuur over op papier. Stuur daarna een foto van wat je hebt ingevuld.
Schreef je op papier? Maak een foto van de ingevulde uitwerkbijlage. Je foto blijft privé en de nakijker leest hem. Zet je naam er niet op.
Hoe pak je dit aan?
- Bekijk de twee (F,x)-diagrammen op de uitwerkbijlage en lees bij beide grafieken de juiste waarden af.
- Bepaal bij elke grafiek de oppervlakte onder de lijn, want die oppervlakte is de arbeid van de sensor.
- Bereken de arbeid zonder kreukelzone en de arbeid met kreukelzone apart.
- Trek de twee arbeidswaarden van elkaar af om de geabsorbeerde energie te vinden.
Hier verliezen leerlingen punten
- Vergeet niet de oppervlakte als rechthoek of driehoek uit te rekenen, en laat zien hoe je die oppervlakte bepaalt.
- Let op de eenheden van kracht en plaats in het diagram, zodat je de arbeid in joule uitdrukt.
- Rond de afgelezen waarden niet te vroeg af, want dan klopt het eindantwoord niet in drie significante cijfers.
Met een gratis account wordt je antwoord nagekeken per scorepunt, volgens het officiële correctievoorschrift. Wat je hier typt, blijft bewaard.
De vraag als tekst
Inzittenden van een auto worden tijdens een botsing onder andere beschermd door kreukelzones. Jeroen wil het effect van een kreukelzone tijdens een botsing onderzoeken door een karretje van een helling te laten rijden en tegen een zelfgemaakte krachtsensor te laten botsen. Met een afstandssensor bepaalt hij de plaats van het karretje op de baan tijdens een botsproef. Zie figuur 1. figuur 1 Deel 1: de krachtsensor Jeroen wil controleren wat de krachtsensor aangeeft voor krachten tot 25 N . Jeroen heeft 25 gewichten van 50 gram . Om tot 25 N te kunnen controleren gebruikt Jeroen een hefboom met draaipunt D waarmee hij met een staafje op de krachtsensor op tafel drukt. Hij kan hier twee verschillende opstellingen ( I of II) voor gebruiken. Zie figuur 2. De massa van de hefboom en het staafje mogen verwaarloosd worden. figuur 2
De krachtsensor zelf bestaat uit een figuur 3 serieschakeling van een krachtgevoelige weerstand R en een ohmse weerstand R 1 2 van 5,6 kΩ . De weerstand van R 1 verandert als er een grotere of kleinere kracht op wordt uitgeoefend. De spanningsbron levert 5,0 V . Zie figuur 3. Jeroen heeft het verband tussen de spanning over R (de zogenaamde 2 sensorspanning U ) en de kracht F op de sensor bepaald. Dit is sensor weergegeven in figuur 4. figuur 4
Als er geen kracht op de krachtsensor werkt, geeft deze sensor toch al een beginspanning U 0 die groter is dan 0 V.
Deel 2: de botsproef Als het karretje in rust tegen de sensor staat, constateert Jeroen dat de krachtsensor al een bepaalde spanning U geeft die groter is dan U . Hij A 0 concludeert dat dat komt doordat het karretje op een helling staat. Zie figuur 5. De rolweerstandskracht wordt verwaarloosd. figuur 5 Het karretje heeft een massa van 0,26 kg . Figuur 5 staat ook op de uitwerkbijlage. De zwaartekracht F is op schaal z ingetekend. In deze situatie is de kracht F op de sensor even groot als de component van F parallel aan de helling. z
Jeroen test de opstelling. Hij laat het karretje ( m = 0,26 kg) van de helling rijden en tegen de krachtsensor botsen. Van deze test maakt hij een ( x,t )-diagram. Dit ( x,t )-diagram staat op de uitwerkbijlage.
Vervolgens voert Jeroen vanaf andere hoogtes twee vergelijkbare botsproeven uit. Hij laat het karretje naar beneden rijden en tegen de krachtsensor botsen. Eén keer botst het karretje direct tegen de sensor. Daarna botst het met een vervormbaar luciferdoosje als kreukelzone tussen het karretje en de krachtsensor. Zie figuur 6. De massa van het luciferdoosje is verwaarloosbaar. figuur 6 Van beide botsproeven maakt Jeroen een ( F , x ) -diagram. Hierin is x de plek van het karretje op de baan. Deze diagrammen staan vereenvoudigd op de uitwerkbijlage. De oppervlakte onder iedere grafiek is de arbeid die de krachtsensor heeft verricht om het karretje af te remmen. Jeroen constateert dat de kreukelzone tijdens de botsing een deel van de energie van het karretje heeft geabsorbeerd. Beide botsingen vinden met dezelfde snelheid plaats.
Bepaal met behulp van de diagrammen op de uitwerkbijlage de energie die de kreukelzone tijdens de botsing heeft geabsorbeerd. Noteer je antwoord in drie significante cijfers.