Profielwerkstuk natuurkunde  -  concrete ideeën

Hieronder staat een verzameling ideeën voor praktisch onderzoek. Zo'n idee kun je als vertrekpunt gebruiken bij het bepalen van het onderwerp van je profielwerkstuk. Als een idee erg veel onderzoek vraagt dam het dan in tot een selectie die beter past bij de beschikbare tijd. Verruim het idee wanneer het inhoudelijk aan de magere kant is. In het laatste geval kan het de moeite lonen om meerdere verwante ideeën in de lijst te zoeken en deze op onderdelen te verenigen tot één onderwerp.

Het bestaan van 'lege' ruimte in zand nodigt enerzijds uit tot het ontwikkelen van een methode om de lege volumefractie te bepalen, en anderzijds tot het opzetten en uitvoeren van een vergelijkend onderzoek van verschillende zandsoorten. Trefwoorden: korrelgrootte, korrelvorm, verdeling, stapeling, ‘droge' en ‘natte' bepaling, enz. Welke krachten werken op een voorwerp in water? Hoe zit dat in drijfzand? Welke verschillen kun je ontdekken? Welke grootheden zijn van invloed en hoe? Bekijk toestanden van zweven, drijven en/of zinken.

Hoe groot is de kracht die nodig is om de spuitmond van een brandweerslang of tuinslang in bedwang te houden? Gebruik je hiervoor een krachtmeter of bedenk je een indirecte meetmethode? Stemmen theorie en experimenteel resultaat overeen?

Hoe groot is de snelheid van licht in een suikeroplossing? Hoe hangt de snelheid af van de hoeveelheid opgeloste suiker?

Uit een mengsel van twee vloeistoffen, bijvoorbeeld alcohol (ethanol) en water kan met behulp van de destillatie-techniek een hoeveelheid vloeistof verkregen worden waarin de fractie van de vluchtigste component (alcohol) groter is dan in het oorspronkelijk mengsel. Bestudeer enige theorie over destillatie en gefractioneerde destillatie. Hierin wordt ook duidelijk wat begrippen als "kolom" en "aantal theoretische schotels van een kolom" betekenen. Voer enkele destillaties uit met bijvoorbeeld twee verschillende kolommen en bepaal hoeveel theoretische schotels de kolommen hebben. Je moet ook een manier vinden om de fractie van één van beide componenten in een mengsel te bepalen.

Als je een stuk vislijn van nylon gedurende langere tijd belast met een constante rekkracht dan blijkt de lengte van de draad voortdurend toe te nemen. Neem je de kracht weg dan krimpt het draadstuk geleidelijk. Krijgt de draad uiteindelijk zijn oorspronkelijke lengte? Hoe verandert de lengte van de draad naarmate het krimpproces vordert? Waar doet de grafieklijn je aan denken? Stel een ‘passende' formule op. Bepaal eventuele constanten uit de experimentele resultaten. Je kunt je bevindingen toetsen door draden van verschillende diameter te onderzoeken. Moeilijker wordt 't wanneer je probeert het uitrekproces te beschrijven…

Hoe hangt de diameter van een ballon af van de hoeveelheid lucht die je erin brengt? Hoe hangt de diameter af van de gasdruk in de ballon? Hoeveel arbeid verricht je (minstens) bij het opblazen van een ballon?

Een objectief van een fototoestel is een lenzenstelsel. Men gebruikt zo'n combinatie van meerdere lenzen om lensfouten zo goed als mogelijk te corrigeren. Eenvoudige objectieven bestaan al gauw uit drie lenzen, die tegen elkaar geplaatst zijn. Geldt de lensformule nog wel voor zo'n systeem? Hoe groot is de brandpuntsafstand van een combinatie van twee of meer lenzen? Is aan te geven waar zich het optisch midden van de combinatie bevindt? Kan de beeldvorming ook op papier geconstrueerd worden?

De capaciteit van een plaatcondensator is omgekeerd evenredig met de afstand tussen de twee platen van de condensator. Uitgaand van dit principe moet het mogelijk zijn een meetinstrument voor de valversnelling te bouwen, dat in staat is locale verschillen in deze grootheid te detecteren.

Als je een dun buisje in water steekt kruipt het water het buisje in. Het water stijgt in het buisje tot een hoger niveau dan erbuiten. Hoe hangt de capillairkracht af van de diameter van het buisje? Of van de doorsnede? Hangt de capillairkracht af van de soort vloeistof? Hoe hangt hij bijvoorbeeld af van een hoeveelheid toegevoegd afwasmiddel?

Simuleer op de computer het (verticaal) vallen van een voorwerp bij veranderende luchtwrijving. Met welke snelheid treffen hagelstenen het dakraam op zolder?

Stel een verhandeling op over bewegingstypen die voorkomen in de gewrichten van het menselijk lichaam, zoals rol-, schuif- en tolbeweging. Welke functie vervullen bindweefselbanden hierbij? Ontwerp en bouw een tweedimensionaal model en bestudeer hiermee de rol- en de schuifbeweging, zowel apart als gecombineerd.

Wat is scherptediepte in de fotografie? Welke rol speelt de maximaal toegelaten diameter van een verstrooiingscirkel of ‘onscherpte-schijfje' op het negatief? Wat betekent een diafragma(getal) precies? Bepaal aan de hand van bijvoorbeeld stralengang-constructies hoe de scherptediepte (in meter) afhangt van het diafragma. Is er ook een verband te vinden tussen scherptediepte en brandpuntsafstand? Beperk je onderzoek (aanvankelijk) tot een vergroting nul (beeldafstand = brandpuntsafstand). Eventueel in een apart onderzoek: hoe hangt de scherptediepte bij het maken van een foto af van de vergroting?

Bouw een eenvoudig model van een bepaald type brug (hangbrug, ophaalbrug, gewelfbrug, enz.). Gebruik bijvoorbeeld plankjes, blokjes, bakstenen en/of touwtjes. Wijd een theoretische studie aan het krachtenspel in de constructie. Ga door meting na in hoeverre je theoretische verwachtingen in de praktijk uitkomen.

Hoe ziet de beweging van een koord dat van een katrol afglijdt eruit?

Doe een onderzoek naar de beweging van een vallende papieren kegel in lucht. De beweging kan zowel praktisch als theoretisch worden onderzocht. Wat is de invloed van de grootte van de kegel op de beweging? Welke invloed heeft de tophoek? Welke invloed heeft het aantal muntjes dat je in de top van de kegel legt?

Hoe kun je de gemiddelde dichtheid van het menselijk lichaam bepalen? Ontwikkel een meetmethode. Hoe betrek je het longvolume erbij? Binnen welke grenzen varieert de dichtheid? Hoe bepaal je de massa van een arm van het menselijk lichaam?

Verricht metingen aan een schakeling die wisselstroom kan gelijkrichten en uitgerust is met vier dioden, een weerstand en een condensator.

Onderzoek het menselijk oog. Hoe groot is de beeldhoek van het oog? Bepaal het scheidend vermogen van het oog. Vergelijk resultaten van ogen van verschillende individuen. Onderzoek de maximale lichtgevoeligheid van het menselijk oog. Welke invloed heeft de tijd op de lichtgevoeligheid? Hangt de grootte van de blinde vlek af van de leeftijd van de proefpersoon? Zo ja, hoe?

In hoeverre is er bij een trampoline sprake van een veerconstante? Verricht onderzoek aan modellen van een trampoline die bestaan uit twee, drie en/of vier gewone, identieke veren. Stemmen de onderzoeksresultaten overeen met wat je op grond van theoretische beschouwingen verwacht?

Hoe neemt de hoeveelheid licht van een lamp af met de afstand? Hoe verandert de lichtintensiteit als functie van de afstand bij bol- en staafvormige lampen? Is dit verband bij een puntvormige lichtbron in overeenstemming met de theorie? Hoe hangt de verlichtingssterkte van staafvormige lampen af van de richting? Verricht metingen in een gesloten ruimte en in de open lucht buiten en bestudeer de invloed van de reflecterende wanden.

Breng de ontvangststerkte van een FM-radiozender in kaart. Verricht metingen bij jou in de straat en om de hoek. Let niet alleen op het globale ontvangstbeeld, want een verplaatsing over een halve meter kan een grote invloed hebben. Verklaar je bevindingen met behulp van de theorie over golven en licht. Ter vergelijking kun je de veldsterkte in het vrije veld bepalen, ver weg van de bebouwde kom.

Behandel de fysica van de magneetzweeftrein. Valt dit te combineren met het ontwerpen en bouwen van een eenvoudig model?

Bepaal de relatie tussen de maximale dampdruk en de temperatuur bij ether. Maak een diagram waarin je de maximale dampdruk van ether weergeeft als functie van de temperatuur. Verwarm ether in een afgesloten ruimte en bepaal de druk. Verlaag langzaam de druk boven de ether en meet bij welke druk en bij welke temperatuur de vloeistof kookt. Is het gevonden grafische verband ook in een passende formule weer te geven?

Een voorwerp glijdt langs een gladde helling omlaag. Een ander voorwerp rolt over een helling met eenzelfde steilheid en hoogteverschil naar beneden. Welk voorwerp is het eerst beneden? Onderzoek welke grootheden van belang zijn. Verricht vervolgens kwantitatief onderzoek om voor beide bewegingen verbanden te leggen tussen telkens twee grootheden. In een volgende fase van het onderzoek zou je gevonden verbanden kunnen combineren.

Wat is natte-bol-temperatuur? Met de natte-bol-temperatuur kan de luchtvochtigheid nauwkeurig bepaald worden. Welke opstelling gebruik je om deze temperatuur te bepalen? En hoe haal je uit je meetresultaten de relatieve vochtigheid van de lucht?

Bepaal op drie manieren de valversnelling g in vier significante cijfers. Leveren de verschillende methoden eenzelfde waarde op? Zoek oorzaken voor mogelijke verschillen. Hoe groot is de invloed van krachten die we gewoonlijk verwaarlozen in opgaven?

De weerstand van een metaaldraad hangt af van de temperatuur. De boeken hebben ongetwijfeld formules te bieden die de afhankelijkheid beschrijven. Maar kloppen die formules eigenlijk wel? En hoe zit dat bij een wat groter temperatuurgebied?

Bedenk enige manieren waarop je de hoogte van een wolk kunt bepalen. Produceer meetresultaten. Bespreek verschillen in uitvoering, nauwkeurigheid, enz. Pas op, je legt je lot in handen van de weergoden!

Op welk moment passeert de zon bij ons het hoogste punt van haar baan langs de hemel?

Bepaal de omlooptijd van de maan uit sterbedekkingen.

Ontwerp een computeranimatie voor een gedeelte van het planetenstelsel.

Hoe groot is het maximale mechanische vermogen van je spieren bij bijvoorbeeld fietsen, sprinten, rolschaatsen, traplopen, touwklimmen of jezelf bij herhaling opduwen of optrekken? Hoe hangt het maximum bijv. bij het uitrekken van een veer of het optrekken van een massa af van de gemiddelde veerkracht of het gemiddelde gewicht? Kun je uit de snelheid waarmee de temperatuur van het lichaam stijgt een schatting maken van het thermische vermogen en het rendement?

Maak een simulatie op de computer van een kogelbeweging waarbij de luchtwrijving afhangt van de snelheid. Bij welke vuurhoek komt de kogel het verst?

Laat je een fiets die rechtop staat los, dan valt hij om. Gebeurt dat ook als je de fiets eerst een zetje geeft?

Ontwerp een eenvoudig rekenmodel voor simulatie van de chaostheorie op de computer.

Waarom kan een weggeworpen boemerang terugkeren op de plaats van wegwerpen? Inventariseer welke grootheden van belang zijn. Probeer aan de hand van experimenten conclusies te trekken en verbanden vast te leggen.

Met ons gehoor zijn we in staat waar te nemen uit welke richting het geluid ons bereikt. Hoe functioneert dit? Heeft de frequentie hierbij enige invloed? Stelt de snelheid van signaalverwerking in het hoofd grenzen? Speelt het geluidsniveau een rol?

Op de pagina Exacting Nuts tref je 'harde noten' aan die soms erg lastig te kraken zijn. Bekijk ze ook eens aandachtig, want ze kunnen je op juist dat idee brengen dat de sleutel is van je zoektocht naar een onderwerp.

Vorige | Volgende

Hein ten Horn
Top | Physics | Home