opgave 1Opgave 1 Elektromotor
De spanning over een kleine elektromotor
wordt geregeld met een spanningsbron van
12 V en een schuifweerstand.
Zie het schakelschema in figuur 1.
Figuur 2 is een foto van de apparatuur.
De aansluitpunten voor de verbindingsdraden zijn in de figuur aangegeven met een wit
rondje. De foto staat vergroot op de bijlage.
14pTeken in de foto op de bijlage de verbindingsdraden zodat de schakeling van figuur 1
ontstaat.
De motor hijst een blokje met een massa van 130 g in 3,8 s op over een hoogteverschil van
1,80 m. De spanning over de motor is daarbij 6,0 V; de stroomsterkte in de motor is 0,25 A.
24pBereken het rendement van de motor.
De schuifweerstand is 20,0 cm lang en is in te stellen van 0 Ω tot 40,0 Ω . Tijdens het hijsen
geldt: PS = 6,4 cm.
34pBereken de stroomsterkte die de spanningsbron levert.
opgave 2Opgave 2 Uranium-munitie
Lees het artikel.
artikel Twijfels over uranium-munitie
In munitie wordt soms de stof uranium
gebruikt wegens zijn hoge dichtheid.
Uranium heeft als nadeel dat het radioactief
is. Twee Europese laboratoria hebben in
monsters uranium-munitie de
uraniumisotoop U-236 gevonden. Deze
isotoop komt van nature niet in uranium
voor, maar ontstaat wel in kernreactoren.
De verontrusting omtrent het gebruik van
uranium in munitie tijdens de
Als een granaat op het slagveld ontploft, zal het aanwezige uranium verpulveren of
verdampen en als stof of damp in de lucht aanwezig zijn. Veronderstel dat een soldaat een
stofdeeltje inademt dat U-236 bevat. Dit stofdeeltje nestelt zich in een longblaasje. Bij het
verval van U-236 ontstaan α - en γ -straling.
43pLeg uit welke van beide soorten straling het meeste schade aanricht in het longblaasje.
52pLeg uit dat de activiteit van het U-236 tijdens een mensenleven nauwelijks afneemt.
Voor het dosisequivalent H in sievert geldt:
hierin is:
- Q een weegfactor voor de soort straling. Voor α -straling geldt: Q = 20;
- E de geabsorbeerde stralingsenergie;
- m de bestraalde massa. Voor het longblaasje geldt: m = 3,4 ⋅ 10−10 kg .
In tabel 99E van het informatieboek Binas staan de stralingsbeschermingsnormen.
64pBereken hoe groot de activiteit van het ingeademde U-236 in het stofdeeltje maximaal mag
zijn om binnen de norm voor de longen te blijven.
opgave 3Opgave 3 Veiligheidsmatras
Lees het artikel.
artikel Matras ‘beschermt’ demente zieke
Het aantal valpartijen van demente
bejaarden in verpleeghuizen kan worden
teruggedrongen met een apparaat dat een
signaal geeft als een patiënt rechtop in bed
gaat zitten. Het apparaat waarschuwt een
verpleegkundige, die te hulp kan schieten
voordat een patiënt uit bed is.
Het bed-alarmsysteem bestaat onder meer
uit een met lucht gevuld matrasje dat op de
grote matras van het bed van de patiënt
wordt gelegd.
Debbie en Carlos maken als profielwerkstuk een soortgelijk beveiligingssysteem. Om de
drukvariaties in het veiligheidsmatrasje te kunnen registreren, hebben ze een druksensor
gebouwd. Het ontwerp is in figuur 3 getekend.
Door verhoging van de druk in het matrasje wordt zuiger Z tegen de veerkracht in naar
rechts gedrukt. Een strookje koper schuift dan met contactpunt C over een weerstandsdraad
Rs naar rechts, waardoor het uitgangssignaal van de druksensor groter wordt. Als het
matrasje onbelast is, is de veer ontspannen, staat C helemaal links en bedraagt het
uitgangssignaal van de sensor 0 V.
Bij het uittesten van de veiligheidsmatras bleek dat het uitgangssignaal van de sensor bij
een kleine drukverhoging in de matras al zijn maximale waarde bereikt. Debbie stelt voor
dit probleem op te lossen door een stuggere veer te monteren. Carlos stelt voor een langere
weerstandsdraad te nemen.
In de tabel op de bijlage kan van beide voorstellen worden aangegeven welke gevolgen ze
hebben voor het meetbereik en voor de gevoeligheid van de druksensor. Ook kan worden
aangegeven of het probleem ermee wordt opgelost.
74pOmcirkel in de tabel op de bijlage in iedere cel het juiste antwoord.
Debbie en Carlos nemen hun sensor op in een automatisch waarschuwingssysteem, waarvan
een gedeelte getekend is in figuur 4.
Als de druk langer dan vier seconden boven een ingestelde waarde uitkomt, gaat een
waarschuwings-LED branden. Deze moet aan blijven totdat ze hem uitschakelen. Wanneer
een patiënt zich omdraait, kan de druk even (minder dan vier seconden) te hoog worden.
In dat geval moet het aftellen van de seconden opnieuw beginnen bij een volgende
drukverhoging. Figuur 4 staat ook op de bijlage.
85pTeken in de figuur op de bijlage de verwerkers en de verbindingen die nodig zijn om het
systeem goed te laten werken.
Als veiligheidsmatrasje gebruiken ze een warmte-isolerend kampeermatrasje. Dit is
gedeeltelijk gevuld met een poreuze, veerkrachtige kunststof. Het zuigt zichzelf vol met
lucht, waarna het afgesloten wordt.
93pLeg aan de hand van de drie vormen van warmtetransport uit op welke manier het matrasje
voor warmte-isolatie zorgt.
Carlos komt op het idee dat het matrasje ook kan dienen om een bed voor te verwarmen
door het met warme lucht te vullen.
Het matrasje zonder lucht heeft een warmtecapaciteit van 1,62 ⋅ 103 J K−1 . Stel dat het
matrasje een begintemperatuur heeft van 15,0 ºC en gevuld wordt met 1,28 ⋅ 10−2 kg lucht
van 50,0 ºC.
105pGa met een berekening van de eindtemperatuur na of het idee van Carlos zinvol is.
opgave 4Opgave 4 Sloopkogel
Cindy en Dirk zien dat een oude flat gesloopt wordt met een sloopkogel. Zie figuur 5.
De kogel hangt aan een kabel. Hij wordt met een touw naar rechts getrokken en vervolgens
losgelaten zonder beginsnelheid.
Cindy merkt op dat de kabel precies verticaal is op het moment dat de kogel tegen een muur
botst. Ze meet een tijdsduur van 2,3 s tussen het loslaten van het touw en het botsen van de
kogel.
113pBereken de lengte van de kabel. Neem hierbij aan dat de sloopinstallatie is op te vatten als
een gewone slinger.
Als gevolg van de klap van de botsing meten Cindy en Dirk een geluidsniveau van 60 dB.
Hun afstand tot de botsende kogel is 50 m. Neem aan dat het geluid gelijkmatig in alle
richtingen wordt uitgezonden.
123pBereken het geluidsvermogen dat bij de botsing vrijkomt.
De kraanmachinist draagt gehoorbeschermende oordoppen die het geluidsniveau met 18 dB
reduceren.
133pBereken met welke factor de waargenomen geluidsintensiteit afneemt door het dragen van
deze doppen.
Cindy veronderstelt dat de snelheid van de kogel in het laagste punt afhangt van de lengte
van de slinger, zelfs als steeds met dezelfde uitwijkhoek wordt begonnen. Om deze
hypothese te onderzoeken, doen Cindy en Dirk op school een proef met een blokje aan een
dun draadje. Zij gebruiken onder andere een laser, een lichtsensor en een elektronische
klok.
145pBeschrijf hoe Cindy en Dirk met behulp van deze instrumenten de hypothese van Cindy
kunnen toetsen. Neem in je antwoord de volgende elementen op:
- één of meer grootheden die gevarieerd worden;
- één of meer grootheden die constant gehouden worden;
- de manier waarop de snelheid in het laagste punt kan worden bepaald;
- hoe uit de metingen geconcludeerd kan worden of Cindy’s hypothese al dan niet juist is.
Van de meetwaarden maken ze een diagram. Zie figuur 6.
figuur 6 1,6
Op grond van het diagram vermoeden ze dat het verband tussen de snelheid v in het
onderste punt en de lengte l van het draadje een wortelfunctie is.
Ze onderzoeken dit door een nieuwe grafiek te tekenen waarin één van de grootheden zó is
aangepast (getransformeerd) dat ze een rechte lijn krijgen.
154pTeken deze nieuwe grafiek in het diagram op de bijlage en bepaal hieruit het verband tussen
v en l .
opgave 5Opgave 5 Vertical Shot
‘Vertical Shot’ is een nieuwe kermisattractie. Aan twee pilaren van 35 meter hoog zijn
elastieken vastgemaakt. Aan deze elastieken hangt een bol waarin twee personen
plaatsnemen. De bol wordt met behulp van een elektromagneet op de grond gehouden,
terwijl de elastieken aangespannen worden. Nadat de personen vastgegespt zijn, wordt de
elektromagneet uitgezet en schiet de bol verticaal omhoog. In figuur 7 zie je een foto van de
bol vlak voor de start. In figuur 8 zie je een foto waarin de bol omhooggeschoten is.
Vlak voor het loslaten van de bol zijn de
elastieken 20 meter uitgerekt. In figuur 9 is
de ( F , u )-grafiek van één elastiek getekend.
In figuur 10 is de richting van de kracht
164pgetekend die elk elastiek op de bol uitoefent
vlak voor het loslaten. De kracht die beide
elastieken samen op de bol uitoefenen bij het
loslaten noemen we F0 .
Figuur 10 staat ook op de bijlage.
Er geldt: F0 = 9,8 ⋅ 103 N.
Toon dit aan met behulp van de figuur op de
bijlage.
De massa van bol plus passagiers is 250 kg.
173pBereken de versnelling van de bol direct na het loslaten.
In figuur 11 is de grafiek getekend van de kracht die beide elastieken samen op de bol
uitoefenen als functie van de hoogte tot h = 24 m. Op hoogten groter dan 24 m ondervindt
de bol geen krachten meer van de elastieken.
183pBepaal met behulp van figuur 11 op welke hoogte de snelheid van de bol maximaal is.
Neem daarbij aan dat wrijvingskrachten geen rol spelen.
194pBepaal met behulp van figuur 11 de maximale hoogte die de bol bereikt. Neem daarbij aan
dat alle arbeid die de elastieken op de bol verrichten in het hoogste punt is omgezet in
zwaarte-energie.
Let op: de laatste vragen van dit examen staan op de volgende pagina.
opgave 6Opgave 6 Leeshulp
Op de foto van figuur 12 is een zogenaamde leeshulp afgebeeld. De leeshulp bestaat uit een
grote positieve lens met in de rechter benedenhoek nog een cirkelvormig loepje dat extra
bol is.
Een oudziende is gebaat bij het gebruik van de leeshulp.
202pLeg dit uit met gebruikmaking van de begrippen accommodatievermogen en nabijheidspunt.
Figuur 13 is een schematische tekening van de tekst, de grote lens en het oog van een lezer.
In de figuur zijn de beide brandpunten van deze lens aangegeven met de letter F. De tekst is
weergegeven met VV ’ . Op het oog bevindt zich een punt P.
Figuur 13 staat vergroot op de bijlage.
214pConstrueer in de figuur op de bijlage de lichtstraal die van V ’ naar P gaat.
Bij het maken van de foto van figuur 12 is scherp gesteld op het beeld van de grote lens.
De foto van figuur 14 is gemaakt vanaf dezelfde afstand, maar nu is scherpgesteld op het
beeld van het loepje. Ook de afstand tussen de tekst en de leeshulp is gelijk gebleven.
223pLeg uit bij welke foto het fototoestel op de grootste afstand is scherpgesteld.
