opgave 1Opgave 1 Fietser
Bij het fietsen speelt wrijving een belangrijke rol.
In de grafiek van figuur 1 is de grootte van de totale wrijvingskracht uitgezet tegen de
snelheid waarmee je fietst.
De wrijvingskracht bestaat uit twee gedeelten:
de rolwrijving,
Frol, die niet van de snelheid afhangt;
de luchtwrijving,
Flucht.
Voor de luchtwrijving geldt:
Hierin is
k een constante (in kg/m);
v de snelheid (in m/s).
14p
Bepaal
k met behulp van de grafiek. Geef de uitkomst in twee significante cijfers.
Een fietser heeft een afstand van 10 kilometer afgelegd met een constante snelheid van
16 km/h.
24p
Bepaal de arbeid die de fietser daar minimaal voor verricht heeft.
Om een wedstrijd te winnen, is niet alleen de verrichte arbeid belangrijk.
Bij een bepaalde wedstrijd hebben twee wielrenners A en B precies dezelfde arbeid
verricht.Toch was A eerder bij de finish dan B.
33p
Leg uit hoe dat kan. Gebruik bij je uitleg een formule waarin het symbool
W voor de
grootheid arbeid voorkomt.
Voor veilig fietsen moet een fietser binnen een redelijke afstand tot stilstand kunnen
komen. Bij een fiets met velgremmen wordt deze afstand onder andere bepaald door de
reactietijd van de fietser en de kracht waarmee hij in de remmen knijpt.
Een bepaalde fietser rijdt met een snelheid van 3,2 m/s als hij ziet dat een kind de weg
oversteekt. De reactietijd van de fietser is 0,70 seconde. Dat wil zeggen dat er 0,70 seconde
verloopt tussen het zien van het kind en het beginnen met remmen. De vertraging tijdens
het remmen is 2,6 m/s2.
45p
Bereken de afstand die de fietser aflegt na het zien van het kind.
opgave 2Opgave 2 Supertrafo op wielen
Lees onderstaand artikel.
Supertrafo op wielen In Krimpen aan de IJssel moet voor de elektriciteitsvoorziening 380 kV worden omgezet in 10,0 kV. Daarvoor is een 500 MW transformator geplaatst. Het gevaarte met een massa van 339 ton (1 ton = 1000 kg) moest over de weg naar de plaats van bestemming wor- den gereden. De toegangs- weg loopt over veengrond en is daarom aangelegd op hei- palen. Om beschadigingen aan de weg te voorkomen is een speciaal transportmiddel gebruikt met extra veel wielen. De supertrafo werd geplaatst op een platte wagen met in totaal 28 assen. Per as waren 8 wielen gemonteerd. eirO ociN :otof
naar:Technisch Weekblad
53p
Bereken de stroomsterkte in de primaire spoel van de transformator als hij op maximaal
vermogen werkt.
De secundaire spoel van de supertrafo bevat 125 windingen.
63p
Bereken het aantal windingen van de primaire spoel.
73p
Bereken de gemiddelde kracht die door de supertrafo op één wiel van de wagen wordt
uitgeoefend. Geef de uitkomst in drie significante cijfers.
84p
Leg uit waarom elektrische energie bij transport over grote afstand wordt
getransformeerd naar een hoge spanning. Gebruik bij je uitleg twee formules.
opgave 3Opgave 3 Heteluchtballon
Een heteluchtballon is gevuld met lucht die verwarmd wordt door branders. Zie figuur 2.
Bij het vullen houdt een ballonvaarster de ballon open, zodat de vlam vóór haar langs de
ballon in blaast. Zie figuur 3. In deze figuur is de hete luchtstroom te herkennen als een
horizontaal gebied van lichte vlekken, ongeveer in het midden van de foto.
Op de achtergrond staat een doelpaal. De afbeelding van de doelpaal heeft op de foto een
grillige vorm. Dit effect doet denken aan de ’trillende lucht’ boven een asfaltweg op een
warme zomerdag. De brekingsindex van hete lucht is kleiner dan die van koude lucht.
93p
Leg uit hoe de grillige vorm van de doelpaal op de foto ontstaat. Gebruik in je uitleg de
grootheid ’brekingsindex’.
Bij het vullen wordt lucht met een temperatuur van 20 ºC in de ballon geblazen tot deze
een volume heeft van 490 m3. De ballon is dan nog niet op zijn maximale volume. Daarna
gaan de branders aan en wordt de lucht verwarmd tot 56 ºC. Het volume van de ballon is
dan maximaal.Tijdens het opwarmen is de druk van de lucht constant en ontsnapt er geen
lucht uit de ballon.
103p
Bereken het maximale volume van de ballon.
De branders werken op propaangas. Ga ervan uit dat alle warmte ten goede komt aan het
opwarmen van de 6,0 · 102 kg lucht in de ballon. De soortelijke warmte van de lucht
is 1,0 · 103 J/(K kg). Per minuut verbrandt 53 dm3 propaangas. De stookwaarde van
propaangas is te vinden in tabel 28C van het informatieboek BINAS.
115p
Bereken hoe lang de branders aan staan.
Tijdens de ballontocht koelt de lucht in de ballon af en daalt de ballon. De branders
moeten dan weer worden aangezet. De massa van de lucht in de ballon neemt dan af. De
onderkant van de ballon staat in open verbinding met de buitenlucht. Het volume van de
ballon blijft constant.
123p
Leg uit waarom de massa van de lucht in de ballon kleiner wordt als de branders aan staan.
opgave 4Opgave 4 De telefoon
Bij het telefoneren wordt geluid door een microfoon omgezet in elektrische spanning.
Dit kan met behulp van een stalen trilplaatje waaraan een permanent magneetje is
vastgemaakt. Het magneetje bevindt zich vlak boven een spoeltje. In figuur 4 is dit
schematisch weergegeven.
Door het geluid gaan het plaatje en het magneetje trillen. Daardoor verandert de door het
spoeltje omvatte flux. In figuur 5 is aangegeven hoe de flux verandert bij een bepaalde
trilling van het plaatje.
De steeds van grootte veranderende flux veroorzaakt een veranderende inductiespanning
over het spoeltje, die we het spanningssignaal noemen.
133p
Noem een tijdstip waarop de inductiespanning 0,0 V is. Licht je antwoord toe.
Bij moderne telefoons wordt de grootte van het spanningssignaal uitgedrukt in een binair
getal. Om signalen tussen 0 V en 2,00 V om te zetten, wordt een 7 bits AD-omzetter gebruikt.
144p
Bereken welk binair getal hoort bij een spanning van 1,38 V.
Tegenwoordig worden digitale signalen vaak omgezet in lichtsignalen, die vervolgens
worden doorgegeven via glasvezelkabels. Deze kabels hebben een zeer kleine doorsnede
van 1,2 · 10-8 m2 en zijn gemaakt van kwartsglas dat een dichtheid heeft van 2,5 · 10 3 kg/m3.
Iemand heeft berekend dat voor de vervanging van alle telefoonkabels in
Nederland 8,0 · 10 5 kg kwartsglas nodig is.
153p
Bereken de totale lengte van de glasvezelkabels die in Nederland nodig zijn.
Glasvezelkabels zijn erg buigzaam, waardoor er gemakkelijk bochten in komen.Voor niet
te scherpe bochten blijven lichtstralen binnen de kabel, maar als de bocht te scherp is,
treden ze naar buiten. De brekingsindex van het kwartsglas is 1,55.
In figuur 6 is een lichtstraal getekend in een glasvezelkabel waar een bocht in zit.
164pFiguur 6 staat vergroot op de bijlage.
Leg uit of de lichtstraal bij deze bocht
binnen de kabel blijft en teken in de figuur
op de bijlage het verdere verloop van de
lichtstraal. Bepaal daartoe eerst de
invalshoek.
