Profielwerkstuk natuurkunde  -  welk onderwerp?

Wat komt in algemene zin in aanmerking voor een zelfstandig onderzoek?

Enige mogelijkheden op een rijtje:

Verricht een onderzoek dat gericht is op het verkrijgen van inzicht in een verschijnsel, in een proces, in de werking van een instrument, enz.

Misschien gaat je voorkeur uit naar het leggen van een kwantitatief verband tussen de fysische grootheden die een systeem beheersen. Anders gezegd, je probeert formules op te stellen die veranderingen in het systeem zo goed mogelijk beschrijven.

Je kunt ook denken aan het ontwikkelen van een methode om een fysische grootheid te bepalen. Of aan het verbeteren van een meetmethode. De nadruk ligt hier op de bepaling zelf. Welke hobbels moet je nemen? Hoe zou je ze willen nemen? Waarom is een gegeven of uitgebroede bepalingsmethode praktisch niet uit te voeren? Of waarom juist wel?

Hieraan verwant is het analyseren van twee of meer verschillende bepalingsmethoden die eenzelfde doel dienen. Je zoekt overeenkomsten en verschillen, beschrijft sterke en zwakke punten in uitvoerbaarheid, nauwkeurigheid, enz.

Met het bouwen en/of het onderzoeken van een eenvoudig model van een werktuig, een instrument, een bouwkundig werk, een (lucht)vaartuig, een (hijs)machine, enz. kun je in het algemeen vele kanten op. Eventueel beperk je het onderzoek tot alleen het construeren van het model als hierin al genoeg uitdaging in fysische zin ligt opgesloten.
Een model kun je testen op functionaliteit of op bestendigheid tegen onvoorziene invloeden van buitenaf, zoals (gesimuleerde) weersinvloeden en andere mechanische, thermische, elektrische of elektromagnetische invloeden. Daarnaast zijn er natuurlijk ook nog de meetbare eigenschappen van het model zelf die mogelijk alleen al voldoende stof tot nadenken opleveren om er een geheel onderzoek aan te wijden.

De resultaten van een onderzoek kunnen getoetst worden door het verloop van het experiment op de computer te simuleren met een simulatieprogramma. Ook goed bruikbaar is een algemeen toepassingsprogramma zoals "Excel". Optimaliseer gevonden fysische relaties door het algoritme of de formules in het programma weloverwogen aan te passen ('curve-fitting'). Betrek hier eventueel algemeen bekende fysische relaties of meer specifieke onderzoeksresultaten van anderen bij.

Misschien ben je geïnteresseerd in het ontwerpen van een (eenvoudig) computerprogramma dat een fysisch proces kan simuleren op je PC of grafische rekenmachine. Leg ook hierbij de nadruk op fysische aspecten. Hoe 'giet' je het proces in een rekenmodel? Welke vereenvoudigingen maak je daarbij? Welke gevolgen heeft dit voor de rekenresultaten? Hoe nauwkeurig stemt de simulatie overeen met de fysische realiteit?

Het overzicht is zeker niet compleet. De voorgestelde mogelijkheden zijn vanzelfsprekend te combineren, maar wil vooral niet te veel want het gevaar ligt op de loer dat je een 'smal' onderzoek met fysische diepgang verruilt voor veel 'oppervlakkige' papiervulling!

Je kunt het arsenaal geschikte onderwerpen waaruit je een keuze gaat maken enorm uitbreiden als je bereid bent enige paragrafen nieuwe leerstof te bestuderen. Denk bijvoorbeeld aan de zojuist genoemde simulaties op je rekenmachine. De geïnvesteerde tijd verdien je overigens in veel gevallen later terug, bijvoorbeeld wanneer de leerstof in het reguliere examenprogramma aan bod komt.
Heb je belangstelling voor een onderwerp waarbij nog onbekende natuurkunde (scheikunde, biologie, wiskunde) een rol speelt, overleg dan even met je docent om een eerste, goede toegang tot die leerstof te krijgen.

Welk onderwerp?

De natuurkunde om ons heen zien we meestal niet. Een peuter heeft er geen weet van wanneer hij weer eens feilloos de tweede wet van Newton toepast. Diezelfde wet baart menige vierdeklasser grote zorg. Wanneer je als zesdeklasser een stilliggende bal bekijkt 'zie' je misschien een zwaartekracht en een normaalkracht. En natuurlijk is de resultante nul. "Onmogelijk!", roept een vriendin. Je denkt even na en vindt het gelijk aan háár zijde. De volgende dag stel je vast dat de normaalkracht voortdurend van grootte verandert...

Ziehier hoe een blik op een alledaags voorwerp kan leiden tot verrassend interessante complicaties. Maar de blik alleen is niet voldoende. Hóé je naar de dingen kijkt, en vooral ook in hoeverre je de moeite neemt te zoeken naar andere invalshoeken, is bepalend voor het gemak waarmee je een onderwerp vindt dat geschikt is voor een zelfstandig onderzoek. Begin je je zoektocht naar een onderwerp, schuif dan een ogenschijnlijk eenvoudig idee niet te snel terzijde, maar ga ervan uit dat het méér te bieden heeft dan wat er op het eerste moment in je opkomt. Zie je bijvoorbeeld nog iets in de bal hierboven?

De screening van een idee laat zich in zekere zin systematisch aanpakken. Ga uit van een verschijnsel of een voorwerp. Bekijk als voorbeeld een willekeurig voorwerp, levend of levenloos, gasvormig, vloeibaar of vast. Neem eerst de eigenschappen van het voorwerp onder de loep. Denk aan eigenschappen van velerlei aard (geometrisch, materieel, moleculair, statisch, kinematisch, dynamisch, kinetisch, optisch, akoestisch, thermisch, elektrisch, magnetisch, elektromagnetisch enz.). Sluit chemische en biologische eigenschappen niet uit. Heeft het voorwerp bijzondere kenmerken? Waarom zijn ze zo bijzonder?
• Zijn die eigenschappen ook meetbaar?
• Is zo'n meetbare eigenschap door een invloed van buitenaf te veranderen?
• Is die invloed ook praktisch te realiseren?
• Is de invloed te kwantificeren?
Beoordeel tenslotte of de uitvoering van een eventueel onderzoek als geheel haalbaar is en voldoende uitdaging biedt. En stel je niet ál te afhankelijk op van erg ingewikkelde meetopstellingen e.d.
Gebruik je zo'n systematische methode blijf dan alert op mogelijkheden die buiten het kader van je stappenplan vallen.

Hoe zou het begin van zo'n gedachtegang kunnen verlopen? Bekijk nog eens de bal 'in rust'. Z'n vorm is bijzonder. Enigszins afgeplat of ovaal. Meetbaar? Andere eigenschap beter meetbaar? Hoogte? Verhouding hoogte/breedte? Is deze eigenschap te veranderen? Inwendige druk veranderen? Uitwendige kracht laten inwerken? Te weinig effectief? Vergelijkbaar voorwerp zoeken? Ballon? Fietsband? Een ballon gevuld met water? Een luchtbel in water rustend tegen de onderkant van een glasplaat? ...

Hoe kom je aan ideeën of kanshebbers voor een onderwerp? Ga op zoek naar een lichaam of een verschijnsel met aspecten die je belangstelling hebben of nog kunnen krijgen. Neem de woorden lichaam (of voorwerp) en verschijnsel in ruime betekenis. Een lichaam is bijvoorbeeld een hoeveelheid gas, een vloeistof, een werktuig (gereedschap), een instrument, een insect, een arm, een machine of een onderdeel ervan. Denk bij verschijnselen aan licht, geluid, onweer, spierkracht, fysische processen, chemische processen, beweging (zoals stroming van gas, vloeistof, elektrische lading en warmte), kortom denk hierbij aan alles wat aan lichamen valt waar te nemen.

Zoek om te beginnen een lichaam of een verschijnsel in je dagelijkse leefomgeving. Welke dingen interesseren je? Herken je daarin ook interessante natuurkundige aspecten? In je hobby's wellicht?

Zoek eens naar natuurkunde in huis, in de tuin, in de lucht, aan de hemel, op straat, onder de grond, in het verkeer, in het winkelcentrum, in het sportcomplex, in de bioscoop, in het theater, in het museum, op de kermis, in het circus, in het ziekenhuis, in de telefooncentrale, in de drukkerij, bij de locale radio, in de speelgoedwinkel, bij de fotograaf, in het restaurant, in de ijscowagen, op het station, op een bouwplaats, op en in het water, in een sluizencomplex, aan zee, op de luchthaven, in het planten- en dierenrijk, in en rond het menselijk lichaam, bij de fabricage van een bepaald product en op de werkplek van een kennis.

Nog geen idee gevonden? Neem het rijtje dan nog eens door, maar nu met maar één van de volgende natuurkunde-gebieden in je achterhoofd: bewegingen, krachten, energie, gassen en dampen, vloeistoffen, vaste stoffen, trillingen en golven, geluid, stroming, elektriciteit, fysische informatica, fysische chemie, biofysica, atoomfysica, kernfysica of astrofysica.
Neem het rijtje ook eens door met speciale aandacht voor modelonderzoek.

Zitten in je vervolgopleiding raakvlakken met de natuurkunde? Staat er iets dat je aanspreekt in oude nummers van tijdschriften zoals Kijk, Natuur en Techniek of Archimedes? Sla een krant open en zoek in berichten en advertenties. Loop eens door een (elektronische) encyclopedie.
Kun je een experiment uit één van je natuurkundeboeken verder uitdiepen? Je zou bijvoorbeeld de invloed van opzettelijk constant gehouden grootheden kunnen onderzoeken door ze juist wél te variëren!
Ook de opgaven in je boek bieden interessante mogelijkheden voor nader onderzoek.
Wat te denken van de invloed van vereenvoudigingen (veronderstellingen, verwaarlozingen) die bij het uitwerken van de opgaven bewust of onbewust toegepast worden?
En wat te denken van de onderwerpen zelf die in de opgaven aan bod komen? Je hebt hier een bonte verzameling praktijksituaties die ieder voor zich vragen kunnen losmaken.
Bestudeer de opgaven van het hoofdstuk van je keuze dus eens op een andere manier dan je gewend bent! Dat levert vast een goed idee op.
Succes!

Vorige | Volgende

Hein ten Horn
Top | Physics | Home