Proef 2.7.1b Zwaartekracht omlaag en een kracht omhoog

Nodig uit de lestrolley:

• Een veerunster, bijv. die met bereik 5N
• Een statief met klemmen
• Metalenliniaal of buigzame lat
• Een haakgewicht uit het massablok, bijvoorbeeld die van 200 gram

Voorkennis:

de leerlingen weten dat er op een voorwerp een zwaartekracht werkt, die naar beneden gericht is, naar het middelpunt van de Aarde. Ze kennen het verschil tussen massa en gewicht en weten dat gewicht een kracht is.

Denkbeelden: Veel leerlingen denken dat op een voorwerp op tafel alléén de zwaartekracht werkt. De tafel zorgt er slechts voor dat het voorwerp niet valt. Sommige leerlingen denken zelfs dat op een voorwerp dat op de aarde ligt, geen zwaartekracht meer werkt, omdat het dan niet meer kan vallen.

De volgende drie opeenvolgende proeven zijn bedoeld om de leerlingen te helpen deze denkbeelden te vervangen door het beeld van twee krachten op een stilliggend voorwerp: de zwaartekracht naar beneden en de normaalkracht omhoog.

1. Laat enkele leerlingen een haakgewicht in de hand nemen. Ze kunnen voelen dat ze dat steeds omhoog moeten duwen om te voorkomen dat het valt. Breng dat in verband met de regel: als er twee krachten op een stilstaand voorwerp werken, zijn deze twee even groot en tegengesteld gericht. Hier zijn dat de zwaartekracht omlaag en de kracht omhoog door je hand op het haakgewicht.

Figuur 1: de veerunster wordt uitgerekt en oefent zo een kracht omhoog uit op het haakgewicht

2. Hang een haakgewicht aan een veerunster (figuur 1). Laat zien dat de veerunster het omhoog trekt. De zwaartekracht trekt het haakgewicht omlaag. Laat de leerlingen de twee krachten op het haakgewicht tekenen: ze zijn gelijk aan elkaar.

Figuur 2: de liniaal buigt door en oefent zo een kracht omhoog op het haakgewicht uit.

3. Zet een haakgewicht op de liniaal, zoals in figuur 2 (max. 200 g, want de liniaal mag niet krom worden). Laat enkele leerlingen met hun vinger voelen dat een doorbuigende liniaal een kracht omhoog uitoefent. Laat de leerlingen de conclusie trekken: de doorbuiging zorgt voor een kracht omhoog op het haakgewicht. Tekening van de krachten!
4. Zet het haakgewicht op de tafel (figuur 3). Ook de tafel buigt een beetje door, als is dat onzichtbaar weinig. Laat de leerlingen weer hun conclusie trekken (tekening!). De kracht omhoog op het haakgewicht kun je al een naam geven: de normaalkracht F_N.

Figuur 3: zo oefent de tafel een kracht omhoog uit op het haakgewicht.

NB Het komt wel voor dat een leerling het bestaan van de normaalkracht aanvaart, maar dan redeneert: de normaalkracht moet kleiner dan de zwaartekracht want ‘anders gaat het voorwerp zweven’. Stel dit denkbeeld aan de orde door medeleerlingen pro en contra te laten geven.