- zelfstandig voorbereiden op het examen - examen voorbereiden op basis van persoonlijk studieadvies - stapsgewijs toewerken naar het examenniveau - oefenen met recente examens havo Duits
www.samengevat.nl
samengevat
examenbundels
Meer kans van slagen met de Examenbundel! De Examenbundel bevat oefenexamens met uitleg bij de antwoorden, zodat je leert tijdens het oefenen.
havo Engels havo Frans havo Nederlands havo biologie havo natuurkunde
De bundel is speciaal samengesteld voor dit schooljaar, dus je oefent altijd de juiste stof. Test je kennis met de Oriëntatietoets en kijk voor meer tips om te slagen op www.examenbundel.nl.
havo scheikunde havo wiskunde A havo wiskunde B havo aardrijkskunde havo economie havo geschiedenis havo M&O havo maatschappijwetenschappen
havo
havo
examenbundel + samengevat = jouw succesformule
natuurkunde
samengevat
978-90-06-07374-4
havo aardrijkskunde
978-90-06-08044-5
havo geschiedenis
978-90-06-08046-9
havo economie
978-90-06-07868-8
havo M&O
978-90-06-07370-6
h/v Nederlands 3F / 4F
978-90-06-07999-9
h/v rekenen 3F
978-90-06-07447-5
T
• • • SLU I
978-90-06-07373-7
havo wiskunde B
LE VOL DIG VERN IE
U
EXAMEWD N P RO G R
••
havo wiskunde A
A MM A
••••••
978-90-06-07871-8
••
978-90-06-07870-1
havo scheikunde
N O P• •
978-90-06-07869-5
havo natuurkunde
AA
SG Natuurkunde havo.indd 1
havo biologie
Meer kans van slagen met Samengevat! Samengevat biedt je een helder en beknopt overzicht van alle examenstof.
natuurkunde
- schematisch overzicht van alle examenstof - beknopte en heldere uitleg - snel en overzichtelijk door te nemen en te herhalen - het perfecte uittreksel
13/10/15 14:53
9789006078701_bw.indb 1
23/12/14 13:47
www.samengevat.nl
havo
natuurkunde
ir. A.P.J. Thijssen
9789006078701_bw.indb 1
23/12/14 13:47
omslagfoto: Corbis Supersnelle opname van een druppel die in het water valt. Staat symbool voor materie, beweging en tijd.
Over ThiemeMeulenhoff ThiemeMeulenhoff ontwikkelt zich van educatieve uitgeverij tot een learning design company. We brengen content, leerontwerp en technologie samen. Met onze groeiende expertise, ervaring en leeroplossingen zijn we een partner voor scholen bij het vernieuwen en verbeteren van onderwijs. Zo kunnen we samen beter recht doen aan de verschillen tussen lerenden en scholen en ervoor zorgen dat leren steeds persoonlijker, effectiever en efficiënter wordt. Samen leren vernieuwen. www.thiememeulenhoff.nl ISBN 978 90 06 07870 1 Zesde druk, vijfde oplage, 2016 © ThiemeMeulenhoff, Amersfoort, 2014 Alle rechten voorbehouden. Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd, opgeslagen in een geautomatiseerd gegevensbestand, of openbaar gemaakt, in enige vorm of op enige wijze, hetzij elektronisch, mechanisch, door fotokopieën, opnamen, of enig andere manier, zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de uitgever. Voor zover het maken van kopieën uit deze uitgave is toegestaan op grond van artikel 16B Auteurswet 1912 j° het Besluit van 23 augustus 1985, Stbl. 471 en artikel 17 Auteurswet 1912, dient men de daarvoor wettelijk verschuldigde vergoedingen te voldoen aan Stichting Publicatie- en Reproductierechten Organisatie (PRO), Postbus 3060, 2130 KB Hoofddorp (www.stichting-pro.nl). Voor het overnemen van gedeelte(n) uit deze uitgave in bloemlezingen, readers en andere compilatiewerken (artikel 16 Auteurswet) dient men zich tot de uitgever te wenden. Voor meer informatie over het gebruik van muziek, film en het maken van kopieën in het onderwijs zie www.auteursrechtenonderwijs.nl. De uitgever heeft ernaar gestreefd de auteursrechten te regelen volgens de wettelijke bepalingen. Degenen die desondanks menen zekere rechten te kunnen doen gelden, kunnen zich alsnog tot de uitgever wenden.
Deze uitgave is volledig CO2-neutraal geproduceerd. Het voor deze uitgave gebruikte papier is voorzien van het FSC®-keurmerk. Dit betekent dat de bosbouw op een verantwoorde wijze heeft plaatsgevonden.
VW.indd 2
30/11/15 13:25
voorwoord Beste examenkandidaat, Voor je ligt de geheel vernieuwde Samengevat, aangepast aan de exameneisen die gelden voor het CE vanaf 2015. In dit boek vind je de leerstof en de vaardigheden voor het havo-examen natuurkunde kort en systematisch weergegeven. Deze samenvatting stelt je in staat om in korte tijd grote hoeveelheden stof te herhalen en te overzien. Hoofd- en bijzaken worden onderscheiden waardoor je inzicht krijgt in de grote lijnen van de stof en in de samenhang tussen de verschillende onderwerpen. Met Samengevat bereid je je zelfstandig voor op het examen. Bij verwijzingen naar het tabellenboek Binas wordt uitgegaan van Binas 6e druk. In hoofdstuk 9 en 10 is gewerkt met programma Coach-6. Tijdens het examen mag geen gebruik worden gemaakt van een grafische rekenmachine. De keuzegroepen Optica, Aarde en klimaat, Menselijk lichaam en Technische automatisering zijn niet opgenomen in dit boek. Gecombineerd met de Examenbundel havo natuurkunde vormt deze Samengevat de beste voorbereiding op je examen. De theorie vind je in Samengevat en je oefent met de opgaven uit Samengevat en uit de Examenbundel! Samengevat en Examenbundel zijn naast elke methode te gebruiken. Heb je opmerkingen? Meld het ons via vo@thiememeulenhoff.nl
Amersfoort, juli 2014
opmerking Hoewel dit boek met de grootst mogelijke zorg is samengesteld, kunnen auteur en uitgever geen aansprakelijkheid aanvaarden voor aanwijzingen naar aanleiding van publicaties van de overheid betreffende specifieke examenonderwerpen, de hulpmiddelen die je tijdens het examen mag gebruiken, duur en datum van je examen, etc. Het is altijd raadzaam je docent of onze website www.examenbundel.nl te raadplegen voor actuele informatie die voor jouw examen van belang kan zijn.
9789006078701_bw.indb 3
23/12/14 13:47
hoe werk je met dit boek? In SAMENGEVAT vormen linker- en rechterbladzijde een geheel. De begrippen die links kort worden weergegeven, worden rechts nader toegelicht (door definities of voorbeeldvraagstukken). LINKERBLADZIJDE Op de linkerbladzijde staan boomdiagrammen die de onderlinge relaties van begrippen laten zien. De linkerbladzijde dient als een checklist om snel na te gaan of de genoemde onderwerpen bekend zijn. dit is het hoofdbegrip
→ weerstand R (in Ω)
begrip van 1e orde, informatie over weerstand + toelichting
→ ohmse weerstanden weerstanden met constante waarde
begrip van 2e orde, informatie over ohmse weerstanden
koolweerstand vaak gebruikt in radio’s, tv’s etc. → (metalen)draad bij constante temperatuur
cursieve tekst geeft relatie met
→ weerstand in formule
ρ = soortelijke weerstand (eenheid Ω m ) R = ρ ⋅ A ℓ = lengte van de draad in meter
bovenliggend begrip (hier draad) aan
A = grootte van doorstroomoppervlak in m2 ronde draden: A = π ⋅ r 2= 1 π⋅ d 2 4
begrippen van 3e orde, informatie
weerstand van (koperen) elektriciteitssnoer is heel
temperatuurstijging draad ρ neemt toe, dus de
over (metalen)draad
klein
+ toelichting
ook begrip van 4e orde is mogelijk
niet-ohmse weerstanden weerstanden met variabele waarde, o.a.
weerstand neemt ook toe
PTC weerstand met ‘Positieve Temperatuur Coëfficiënt’
NTC weerstand met ‘Negatieve Temperatuur Coëfficiënt’ LDR ‘Light Dependent Resistor’ ⇒ lichtgevoelige weerstand
RECHTERBLADZIJDE Op de rechterbladzijde vind je nadere informatie, die je nodig hebt als de begrippen links nog niet bekend zijn of als je er nog onvoldoende mee kunt werken. Deze theorie vervangt in beknopte vorm de theorie die ook in je leerboek voorkomt. Rechts zijn ook veel voorbeeldopgaven te vinden. hier vind je meer informatie over
→
soortelijke weerstand de weerstand van een draad van 1 m
van links
lengte en een doorsnede van 1m2. De eenheid van ρ is 2 R⋅A ⇒ eenheid ρ = Ω ⋅ m = Ω m). dan Ω m (volgt uit ρ = m Doorsneden van draden komen vaker voor in de eenheid mm2
zo worden ook andere begrippen
dan in m2.
nader verklaard
De eenheid van ρ is dan Ω mm2 m−1.
het begrip ‘soortelijke weerstand’
ter toelichting kun je rechts ook voorbeelden, definities en figuren aantreffen
9789006078701_bw.indb 4
23/12/14 13:47
inhoud voorwoord
3
hoe werk je met dit boek?
4
1 trillingen en golven
6
2 straling en gezondheid
22
3 bewegingen
38
4 krachten en bewegingen
44
5 energieomzettingen
52
6 materialen
60
7 zonnestelsel en heelal
70
8 elektriciteit
82
9 ICT-vaardigheden
94
10 algemene vaardigheden
100
register
113
9789006078701_bw.indb 5
23/12/14 13:47
6
begrippen en relaties
1
Trillingen en golven trilling 2 kenmerken
beweging moet regelmatig terugkerend (periodiek) zijn er moet een evenwichtsstand zijn ⇒ beweging van aarde om zon is geen trilling, want er is geen evenwichtsstand relevante grootheden
trillingstijd T (in s) en frequentie f (in Hz ofwel s—1) T = 1 (en f = 1 ) trillingstijd wordt ook ‘periode’ genoemd T f amplitude A (of r) (in m) is maximale uitwijking uit evenwichtsstand A (of r) is uitsluitend positief uitwijking u (in m) u kan positief en negatief zijn vaak wordt gebruikt: u naar boven of naar rechts positief en u naar beneden of naar links negatief u varieert van –A tot +A er geldt: A = r = |umax| harmonische trilling uitwijking is sinusfunctie van de tijd (zie figuur)
u
treedt op bij
t
elastische voorwerpen de kracht Fterugdrijvend, waarmee het voorwerp telkens wordt teruggeduwd naar de evenwichtsstand, is recht evenredig met de uitwijking u uit de evenwichtsstand en tegengesteld aan u, in formule: Fterugdrijvend = - C· u bv. massa trilt aan veer; u is negatief (omlaag gericht); Fterugdrijvend is hier de Fterugdrijvend som van Fveer en Fz en is in de situatie hiernaast evenwichtsstand positief (omhoog gericht); C is hier de veerconu stante; massa zal harmonisch trillen registreren van trillingen komt neer op het maken van een u,t diagram van de trilling: hiermee is een trilling goed te bestuderen verschillende mogelijkheden o.a.
beroete plaat trek trillende benen van stemvork over een beroete plaat oscilloscoop toont op scherm een u,t-diagram van de trilling: een oscillogram horizontaal wordt de tijd uitgezet tijdbasis bepaalt het aantal seconden (of ms of ms) per hokje; dit wordt weergegeven als: s/div (= s/division = s/hokje) vertikaal
wordt de uitwijking van het trillende voorwerp uitgezet; hiertoe moet de trilling worden omgezet in een elektrische trilling (bv. door microfoon of element) of je haalt een elektrische trilling uit een toongenerator (f en A zijn hierbij regelbaar) spanning vertikaal is uitgezet: volt/div = volt/hokje computer bv. met een sensor, een meetpaneel en het programma Coach
9789006078701_bw.indb 6
23/12/14 13:47
7
toelichting
trilling periodieke beweging om een evenwichtsstand (stand die het voorwerp inneemt nadat het door demping volledig is uitgetrild). zuivere toon harmonische trilling van één frequentie, bv. de toon van een stemvork gedempte trilling trilling waarbij het energieverlies niet telkens wordt aangevuld ⇒ de amplitude neemt af tot nul. Een schommel die één zetje heeft gekregen en daarna aan zijn lot wordt overgelaten, voert een gedempte trilling uit. De frequentie blijft tijdens het dempen gelijk. ongedempte trilling trilling, waarbij geen energieverlies optreedt of waarbij het energieverlies voortdurend wordt aangevuld ⇒ de amplitude blijft constant. trillingstijd (of periode) tijd nodig voor één trilling (= één volledige heen en weer gaande beweging, totdat de beweging zich herhaalt). frequentie aantal trillingen, uitgevoerd in één seconde. u Zie het u,t-diagram hiernaast van de stem van iemand die een bepaalde toon zingt. - Bepaal de trillingstijd en de frequentie. De beweging herhaalt zich na 3,8 ms ⇒ 1 T = 3,8 ms ⇒ f = 1 = = 2,6 · 102 Hz T 3,8 ⋅ 10−3 uitwijking afstand van het zwaartepunt van het trillende voorwerp tot de evenwichtsstand. In de figuur u2. Bij veren is de uitrekking u1 van de veer in het algemeen ongelijk aan de uitwijking u2 uit de evenwichtsstand (zie fig.)
2
4
6
8
t (ms)
u1 evenwichtsstand
u2 massa is in rust massa trilt op en neer
om de evenwichtsstand oscilloscoop instrument dat het verloop van een elektrische spanning als functie van de tijd kan weergeven ⇒ het instrument kan U,t-diagrammen weergeven. Een ecg (elektrocardiogram = de weergave van de elektrische activiteit van het hart) is afgebeeld 1 div. op het scherm van een oscilloscoop (zie fig.). Voor de tijdbasis (horizontaal) geldt: 100 ms/div; voor de spanning (vertikaal) geldt: 1 div. 0,50 mV/div. Let op: 1 div is hier 2 hokjes. - Bepaal de frequentie en de amplitude van de afgebeelde spanning. Eén trilling komt (horizontaal) overeen met 4,7 div. ⇒ T = 4,7· 100 ms = 470 ms ⇒ f = 1 = 1 = 2,1 Hz T 0,470
De amplitude r komt overeen met ca. 2,0 div. ⇒ r = 2,0 · 0,50 mV = 1,0 mV
9789006078701_bw.indb 7
23/12/14 13:47
8
begrippen en relaties trillingen en golven
eigentrillingen (eigenfrequenties) één eigentrilling treedt op bij stemvork
trilt harmonisch trilt harmonisch m formule voor trillingstijd: T = 2p C met m = massa van trillende voorwerp (in kg); C = veerconstante (in N/m), te berekenen met: kracht op veer F = C= u uitrekking die de veer hierdoor krijgt
massaveersysteem
evenwichtsstand u
u is uitwijking uit evenwichtsstand u
F
u is uittrekking van de veer
verwar uitrekking van veer niet met uitwijking uit evenwichtsstand meerdere eigentrillingen komen voor bij snaren, orgelpijpen en muziekinstrumenten, klankkasten, etc. (zie ook pag. 16 e.v.) merk op een voorwerp kan vaak meerdere eigentrillingen tegelijk uitvoeren merk op een klankkast van een instrument moet bij voorkeur zeer veel eigentrillingen bezitten: alle tonen moeten even hard klinken (= even goed meeresoneren) resonantie algemeen kenmerken
voorwerp gaat meetrillen het voorwerp krijgt dan, in het ritme van de eigentrilling, van buitenaf telkens energie toegevoerd (de ‘zetjes’ komen telkens op het juiste moment) amplitude neemt aanvankelijk toe en wordt na enige tijd constant; dan geldt: energietoevoer per trilling = energieverlies per trilling merk op resonantie is soms gewenst (muziekinstrumenten) en soms ongewenst (hinderlijk meetrillen van voorwerpen) lopende golven algemeen er wordt trillingsenergie doorgegeven hiervoor zijn trillende deeltjes nodig trillende deeltjes blijven gemiddeld op hun plaats ⇒ de deeltjes lopen niet met de golf mee voorbeelden watermoleculen
bij watergolven bij geluidsgolven ‘snaardeeltjes’ bij golven in snaren voor lichtgolven zijn geen deeltjes nodig want licht kan zich ook voortplanten in vacuüm; bij licht trillen er elektrische en magnetische velden (zie pag. 14) luchtdeeltjes
lopende transversale golven voorwaarde voor ontstaan
deeltjes moeten aan elkaar ‘vast’ zitten ⇒ zo kan het ene deeltje het andere mee omhoog of omlaag trekken: er ontstaan bergen en dalen vervolg
9789006078701_bw.indb 8
23/12/14 13:47
9
toelichting
eigentrilling trilling die een voorwerp zelf uitvoert nadat het uit de evenwichtsstand is gebracht (bv. door een zetje te geven). Een onbelaste veer heeft een lengte van 4,6 cm. Men hangt nu een massa (m = 280 g) aan de veer. De lengte van de veer wordt hierdoor 7,3 cm. - Bereken de veerconstante C van deze veer. De uitrekking u = 7,3 cm – 4,6 cm = 2,7 cm. De kracht op de veer is 0,28 · 9,8 = 2,744 N. 2,744 N = 1,0 · 102 Nm-1 C volgt uit: C = F = u 0,027 m - Bereken de trillingstijd van de trilling die ontstaat wanneer men de massa een zetje geeft. 0,28 Nu geldt: T = 2p m = 2p = 0,33 s 2 C 1,0 ⋅ 10
eigenfrequentie de frequentie waarmee een massa gaat trillen, nadat het een zetje (korte energietoevoer) heeft gekregen (denk aan bv. zetje geven tegen een schommel) resonantie verschijnsel dat de amplitude van een trilling aanvankelijk steeds groter wordt, omdat de energietoevoer telkens op het juiste moment komt. De cabine van een auto is geveerd met veren met een totale veerconstante van 110 kN/m. In een straat ligt om de 10 m een verkeersdrempel. Een auto rijdt met 54 km/h over de drempels en blijkt in resonantie te geraken. - Bereken de massa van de auto. Er geldt: v = 54 km/h = 15 m/s. De tijd tussen twee drempels = 10 = 0,67 s ⇒ 15
de eigentrilling van het chassis op zijn veren heeft een trillingstijd T = 0,67 s. 2 3 2 0,67 ⋅ 110·10 Dit invullen in T = 2p m ofwel T 2 = 4p 2 m ⇒ m = T ⋅2C = = 1,3·103 kg 2 C C 4π 4π
lopende golf een zich voortplantende trilling. golfsnelheid v snelheid waarmee de golf zich voortplant.
V
λ V onderste figuur is één trillingstijd later dan bovenste figuur
golflengte l afstand die de golf aflegt in 1 trillingstijd of, anders gezegd: de afstand van ‘dal + berg’ ofwel de afstand tussen top en eerstvolgende top (of tussen dal en eerstvolgende dal); bij longitudinale golven is het de afstand tussen verdichting en eerstvolgende verdichting. lopende transversale golf golf die een voortplantingsrichting heeft die loodrecht staat op de richting waarin de deeltjes trillen. De ‘wave’ in een voetbalstadion is transversaal: toeschouwers gaan omhoog en de golf gaat bv. naar rechts. Golven in koorden/snaren zijn transversaal. K P Z Een golf loopt in koord AZ A vanuit A naar rechts en is op een bepaald moment gevorderd tot punt P. De afstand AP bedraagt 180 cm. A trilt met een frequentie van 5,0 Hz. - Bereken de golfsnelheid v. vervolg AP = 2 12 ll = 180 cm ⇒ l = 0,72 m ⇒ v = l · f = 0,72· 5,0 = 3,6 m/s
9789006078701_bw.indb 9
23/12/14 13:47
10
begrippen en relaties trillingen en golven
lopende transversale golven vervolg treedt op langs oppervlakken van vaste stoffen/vloeistoffen bij koorden, snaren, veren etc.
manier van opwekken
laat deeltjes trillen in richting loodrecht op voortplantingsrichting van golf zie figuur koord AZ: B C D E F A ↑en ↓ = trillingsrichting van de koorddeeltjes A B C D E F → = voortplantingsrichting van de golf B C D A A start met een gedwongen harmonische trilling; B wordt even later mee omhoog getrokken; punt C volgt weer punt B, etc.
E
F
Z Z Z
merk op alle punten voeren dezelfde soort beweging uit als A alle punten gaan hier als eerste omhoog
ze doen dit echter ná elkaar want A gaat als eerste omhoog ⇒ er gaat
een ‘berg’ voorop alle punten trillen met dezelfde frequentie ƒ alle punten trillen met dezelfde amplitude A
indien er geen demping is
voorkomende begrippen
frequentie f (in Hz) dit is de frequentie waarmee de afzonderlijke deeltjes op en neer trillen; frequentie verandert nooit bij overgang van ene medium naar andere medium golfsnelheid v of c (in geval van lichtgolven) in m/s; is de constante snelheid waarmee de golf zich in (zie fig.) horizontale richting verplaatst; let op: dit is een andere snelheid dan die waarmee de deeltjes vertikaal op en neer trillen: die snelheid wisselt voortdurend van grootte en richting; golfsnelheid berg A P hangt alleen af van eigenschappen van het medium dal golflengte l in m; indien A één volledige trilling heeft uitgevoerd bevindt zich in het koord één golf ⇒ AP = l formules
l = v · T ofwel v = l · f l past zich aan aan v en T immers, v en T (of f ) zijn direct te regelen ⇒ l past zich aan (l is gevolg) merk op
golf is gevolg van na elkaar bewegen van moleculen vergelijk dit met de ‘wave’ in een voetbalstadion: de toeschouwers gaan alleen omhoog en omlaag; door de volgorde waarop de toeschouwers dit doen (eerst jij, dan de buurman, dan de volgende buurman, etc.) gaat er een golf door het stadion· u,x-diagram (stand van koord) toont de u van alle deeltjes van het koord op één tijdstip ⇒ het is een foto van een koord op één bepaald moment uP,t-diagram toont de u van één punt P van het koord op allerlei tijdstippen
9789006078701_bw.indb 10
23/12/14 13:47
11
toelichting
lopende transversale golf vervolg - Is K op moment van tekening bezig omhoog te gaan of omlaag te gaan? Bedenk dat K alleen maar omhoog en omlaag gaat en niet naar rechts. Teken de stand van het koord een tijd D t later (zie stippellijn hieronder; de golf is dan een beetje verschoven naar rechts) ⇒ K bevindt zich nu in K* ⇒ K was bezig om omlaag te gaan. A
K
P
Z
K* - Hoe lang trilt K reeds op moment van tekening? (AK = 72 cm) De golf is juist gearriveerd bij P. Rechts van P zijn geen golven te zien ⇒ P heeft dus nog niet getrild. Rechts van A bevindt zich 2 12 ll ⇒ A trilde reeds 2 12 maal. Rechts van K bevindt zich 1 12 l ⇒ K heeft 1 12 maal getrild ⇒ 1 1 dit komt overeen met 1 12 · T = 1 12 · = 1 12 · = 0,30 s f 5,0
lopende golf in een snaar Een trilapparaat kan het beginpunt A van een snaar AZ vertikaal op en neer laten trillen. Wanneer dit gebeurt plant zich een golf voort door de snaar van A naar Z. Dit gebeurt met een bepaalde golfsnelheid v.
A
Z
m* = 2,00 kg
Fs (deze formule hoef (m / ) je niet te kennen, maar je moet er wel mee kunnen werken). Hierin is: Fs = spankracht in de snaar (veroorzaakt door de hangende massa m∗ ) en m is de massa van de snaar per meter lengte. Die is hier 1,40 · 10-3 kg/m. - Bereken de snelheid van de golven in de snaar. Fs = Fz op m* = m∗ ⋅ g = 2,00 · 9,81 = 19,6 N en m = 1,40 · 10-3 kg/m. Invullen in de formule voor v (zie boven) levert: v = 118 m/s Op t = 0 s start de trillingsmachine met trillen. Op t = 0,0210 s blijken er zich precies 3 golven te bevinden in een gedeelte van de snaar. - Bereken de golflengte van één golf. Drie golven in het koord betekent: A heeft drie maal getrild ⇒ 3 · T = 0,0210 s ⇒ T = 0,00700 s ⇒ l = v ·T = 118· 0,00700 = 0,828 m Voor deze golfsnelheid blijkt de volgende formule te gelden: v =
tekenen van stand van koord waarin golf loopt Een koord AZ is zeer lang. Beginpunt A trilt voortdurend met frequentie f = 5,0 Hz en amplitude A = 2,0 cm. Beginpunt A start op t = 0 s en gaat als eerste omlaag. De golfsnelheid v is gelijk aan 3,0 m/s. - Teken de stand van het koord op t = 0,70 s. Vooraf moet je eerst een aantal dingen beredeneren: 3,0 = 0,60 m = 60 cm - golflengte berekenen: l = v = f 5,0 vervolg
9789006078701_bw.indb 11
23/12/14 13:47
12
begrippen en relaties trillingen en golven
lopende longitudinale golven deeltjes hoeven niet aan elkaar gekoppeld te zijn; er zijn verdichtingen en verdunningen manier van opwekken
laat deeltjes trillen in dezelfde richting als voortplantingsrichting voorbeeld
A ijzeren staaf geef bij A een klap tegen de staaf (zie figuur) naar rechts gericht: er ontstaat in de staaf een longitudinale golf lange spiraalveer AZ A B C D E F G H I J K L M N O P Q Z stand van de veer op t = 0 s: A start met een harmonische trilling en gaat als eerste naar
rechts ⇒ er gaat een verdichting van windingen naar rechts; B gaat even later ook naar rechts; C volgt weer punt B, etc. A gaat even later naar links ⇒ er is een verdunning van windingen te zien; B zal even later ook naar links gaan, etc. AB C D I Q Z stand van de veer op t = 2T (2 golven in de veer): merk op
λ
λ
elke winding blijft gemiddeld op zijn plaats
begrippen als bij transversale golven komen ook hier voor o.a. frequentie
waarmee een winding heen en weer trilt golfsnelheid snelheid waarmee de golf zich voortplant golflengte l is de afstand van verdichting tot verdichting = AI = IQ (zie figuur); opnieuw geldt: l past zich aan aan v en f met l = v = v · T f lopende geluidsgolven zijn longitudinale golven bestaan uit
verzamelingen van trillende luchtmoleculen luchtmoleculen blijven gemiddeld op hun plaats de moleculen trillen slechts om hun evenwichtsstand ontstaan uit
geluidsbronnen bron brengt luchtmoleculen vlak bij de bron aan het trillen; er ontstaan verdichtingen en verdunningen van moleculen, deze verdichtingen en verdunningen planten zich voort belangrijke geluidsbronnen stembanden luidspreker
conus (trechter) van luidspreker gaat heen en weer en produceert verdichtingen en verdunningen van lucht
opeenvolgende verdichtingen
vervolg
9789006078701_bw.indb 12
23/12/14 13:47
13
toelichting
tekenen van stand van koord waarin golf loopt vervolg - aantal golven in koord berekenen: één trilling duurt 0,70 = 3,5 golf gemaakt ⇒ aantal golven in koord = 0,20
1 5,0
= 0,20 s, dus in 0,20 s wordt één
- kop van de golf bevindt zich dus op 3,5 · l = 210 cm van A - er gaat een dal voorop want A startte omlaag Dus: teken vanaf de kop van de golf (P) met een dal voorop 3,5 golven terug naar links: A
2,0 cm
P v
dal 210 cm
lopende longitudinale golf golf die een voortplantingsrichting heeft langs een lijn, waarlangs ook de deeltjes op en neer trillen. Een veel voorkomende longitudinale golf is een geluidsgolf. Deze golf plant zich overigens niet voort langs een lijn maar breidt zich uit in alle richtingen. In een veer loopt een longitudinale golf naar rechts; het uiteinde A begon op t = 0,0 s harmonisch te trillen. Enige tijd later is de situatie als hieronder getekend: de kop van de golf (een verdichting) is gevorderd tot punt Q. A
P
1
Q
2
Gegeven: de afstand van verdichting 1 tot verdichting 2 bedraagt 60 cm; de frequentie waarmee A trilt is 5,0 Hz. - Bereken de golfsnelheid v. v = l· f ⇒ v = 0,60 · 5,0 = 3,0 m/s - Is A als eerste naar links of naar rechts gegaan? Naar rechts, want er loopt een verdichting voorop. - Hoe lang trilt P op moment van tekening? Rechts van P bevinden zich precies 2 golflengtes l ⇒ P heeft dus 2 trillingen uitgevoerd ⇒ P trilt gedurende 2 T seconden = 0,40 s. geluid een geluidsbron brengt lucht (of andere materie) in trilling. Deze trillingen breiden zich uit in de vorm van een geluidsgolf. Geluid is hoorbaar wanneer de frequentie ervan ligt tussen 20 Hz en 20.000 Hz én het geluid voldoende sterk is. lopende geluidsgolven voorbeelden Een luidspreker produceert een toon van 400 Hz. Vanaf de luidspreker planten zich verdichtingen en verdunningen van lucht voort (zie fig. linker pagina). Het is 20 °C. - Hoe groot is de afstand tussen twee opeenvolgende verdichtingen? Volgens Binas (15A) is de geluidssnelheid bij 20 °C gelijk aan 343 m/s. De gevraagde afstand is gelijk aan l. Er geldt: l = v = 343 = 0,858 m f 400 vervolg
9789006078701_bw.indb 13
23/12/14 13:47
14
begrippen en relaties trillingen en golven
lopende geluidsgolven vervolg belangrijke begrippen
frequentie f (in Hz) is de frequentie waarmee de deeltjes (meestal moleculen) heen en weer trillen frequentie bepaalt de toonhoogte; hoe hoger de frequentie, hoe hoger de toon amplitude bepaalt de toonsterkte; hoe groter de amplitude, hoe harder de toon geluidssnelheid v (in m/s) in lucht (20 °C) geldt: v = 343 m/s vgeluid hangt af van temperatuur indien T >, dan vgeluid > vgeluid hangt niet af van frequentie en/of amplitude golflengte l (in m) afstand tussen twee opeenvolgende verdichtingen kenmerken één golflengte l wordt afgelegd in één trillingstijd (deze duurt T seconden) l
past zich altijd aan v en f aan
formules l = v·T
ofwel v = l · f
waarnemen van geluid waargenomen geluid kenmerkt zich door
geluidssterkte grotere amplitudo betekent sterker geluid toonhoogte hogere frequentie ⇒ hogere toon gehoorgrenzen jonge mensen horen tonen tussen 20 Hz en 20 kHz gehoorgrenzen oudere mensen bovengrens (20 kHz) schuift omlaag lichtgolven bestaan uit
trillende elektrische en magnetische velden die zich transversaal voortplanten voorkomende begrippen
elektrisch
veld
golflengt
e
magnetis
ch veld
frequentie f (in Hz) is frequentie waarlichtgolf mee de velden op en neer trillen frequentie van zichtbaar licht lichtgolven hebben een frequentie tussen 0,40 · 1015 Hz en 0,80 · 1015 Hz (Binas 19A) ⇒ frequentie is zeer hoog frequentie blijft constant geldt ook bij overgang naar een ander medium golflengte l (in m) l past zich aan aan c en f golflengte van zichtbaar licht lichtgolven hebben een golflengte tussen ongeveer 380 nm (violet) en 750 nm (rood) (Binas 19A) ⇒ golflengte is zeer klein formules l=c·T
ofwel c = l · f lichtsnelheid c (in m/s) bij lichtsnelheid gebruik je niet v, maar c in vacuüm voor alle golflengtes l geldt: c = 2,998 · 108 m/s (Binas 7) in medium ≠ vacuüm bv. in glas; de lichtsnelheid c wordt dan kleiner wanneer c afneemt, neemt l ook af l = c ·T en T blijft constant
9789006078701_bw.indb 14
23/12/14 13:47
15
toelichting
lopende geluidsgolven voorbeelden vervolg - Is het juist dat luchtdeeltje P even later in Q is gearriveerd? Nee, P trilt heen en weer met zeer kleine amplitude maar blijft gemiddeld op zijn plaats. P geeft de trillingsenergie alleen door. - Waarom is zo’n geluidsgolf een longitudinale golf? De golf plant zich voort in lucht. Luchtdeeltjes zitten niet aan elkaar vast, dus het ene deeltje kan niet het ernaast gelegen deeltje mee omhoog trekken ⇒ een transversale golf is dus onmogelijk ⇒ de geluidsgolf moet longitudinaal zijn. In een bepaald gebied onweert het. In de buurt van P (800 m boven de grond) slaat een bliksemstraal over
P
tussen twee wolken. Onmiddellijk breidt zich vanuit P een enorme hoeveelheid geluid uit (donder). A B zal de donder later horen dan A (zie figuur). Gegeven: tlucht = 20 °C 1,5 km - Hoeveel seconden na A zal B de donder horen? Bij t = 20 °C geldt: vgeluid in lucht = 343 m/s (Binas 15A). PA = 800 m ⇒ PB = 15002 + 8002 = 1700 m ⇒ PB – PA = 900 m ⇒ als het geluid in A arriveert, moet het geluid dat op weg is naar B nog 900 m afleggen ⇒ het tijdsverschil Dt bedraagt: Dt = ∆x = 900 = 2,62 s v 343
B
geluid een geluidsbron brengt lucht (of andere materie) in trilling. Deze trillingen breiden zich uit in de vorm van een geluidsgolf. Het geluid is hoorbaar wanneer de frequentie ervan ligt tussen 20 Hz en 20.000 Hz en het geluid voldoende sterk is. - Hoe weet je uit eigen ervaring dat vgeluid niet afhangt van de frequentie en de amplitude? Wanneer vgeluid wel zou afhangen van de frequentie (toonhoogte), dan zou muziek die vlak bij een podium goed in de maat klinkt, verder weg niet meer in de maat zijn: de basgitaartonen zouden bv. later aankomen dan de hoge tonen; dat hoor je nooit. Ook harde muziekgedeelten komen op grote afstand van een podium even snel aan als de zachte muziekgedeelten, anders zou het niet meer in de maat klinken. licht elektromagnetische golfbeweging met (in vacuüm) een snelheid van 2,9979· 108 m/s (meestal afgerond tot 3,0 · 108 m/s of 300.000 km per seconde). voortplantingssnelheid van licht Een lamp zendt licht uit met een frequentie van 0,442·1015 Hz. - Welke kleur heeft dit licht? De kleur van het licht is rood (Binas 19A). - De zon bevindt zich op 1,496· 1011 m van de aarde. Hoeveel minuten doet het zonlicht erover om de aarde te bereiken? s s 1, 496 ⋅ 1011 = 499,0 s Voor de lichtsnelheid geldt (Binas 7) c = 2,9979 · 108 m/s ⇒ t= = = v c 2,9979 ⋅ 108 = 8,317 min Binas: lichtsnelheid(7); geluidssnelheden (15A); golflengte en frequentie van zichtbaar licht (19A)
9789006078701_bw.indb 15
23/12/14 13:47
- zelfstandig voorbereiden op het examen - examen voorbereiden op basis van persoonlijk studieadvies - stapsgewijs toewerken naar het examenniveau - oefenen met recente examens havo Duits
www.samengevat.nl
samengevat
examenbundels
Meer kans van slagen met de Examenbundel! De Examenbundel bevat oefenexamens met uitleg bij de antwoorden, zodat je leert tijdens het oefenen.
havo Engels havo Frans havo Nederlands havo biologie havo natuurkunde
De bundel is speciaal samengesteld voor dit schooljaar, dus je oefent altijd de juiste stof. Test je kennis met de Oriëntatietoets en kijk voor meer tips om te slagen op www.examenbundel.nl.
havo scheikunde havo wiskunde A havo wiskunde B havo aardrijkskunde havo economie havo geschiedenis havo M&O havo maatschappijwetenschappen
havo
havo
examenbundel + samengevat = jouw succesformule
natuurkunde
samengevat
978-90-06-07374-4
havo aardrijkskunde
978-90-06-08044-5
havo geschiedenis
978-90-06-08046-9
havo economie
978-90-06-07868-8
havo M&O
978-90-06-07370-6
h/v Nederlands 3F / 4F
978-90-06-07999-9
h/v rekenen 3F
978-90-06-07447-5
T
• • • SLU I
978-90-06-07373-7
havo wiskunde B
LE VOL DIG VERN IE
U
EXAMEWD N P RO G R
••
havo wiskunde A
A MM A
••••••
978-90-06-07871-8
••
978-90-06-07870-1
havo scheikunde
N O P• •
978-90-06-07869-5
havo natuurkunde
AA
SG Natuurkunde havo.indd 1
havo biologie
Meer kans van slagen met Samengevat! Samengevat biedt je een helder en beknopt overzicht van alle examenstof.
natuurkunde
- schematisch overzicht van alle examenstof - beknopte en heldere uitleg - snel en overzichtelijk door te nemen en te herhalen - het perfecte uittreksel
13/10/15 14:53