Practicum 6.2

Verslag over proef 6.2.

Onderzoeksvraag.
Welk deel van de energie gaat bij het stuiteren van een pingpongbal op aan onbruikbare energie?

Vragen vooraf.

Een pingpongbal (massa=2,0 g) ligt stil op de grond.
a. Leg uit of de bal kinetische en/of zwaarte-energie heeft.
De bal heeft geen kinetische energie want er is geen beweging, en de bal heeft ook geen zwaarte-energie want er is geen hoogte.

Je tilt de bal omhoog tot 1,00 m hoogte.
b. Hoe noem je de kracht waarmee je de bal optilt? Hoe groot moet die kracht minstens zijn?
Die kracht is de spierkracht.
Fz = m × g
De zwaartekracht van de bal is 0,002 × 9,81 = 0,020 N.
Dus de spierkracht moet ook minstens 0,020 N zijn.

c. Welke energieomzettingen vinden er tijdens het optillen plaats?
Tijdens het optillen wordt spierenergie opgezet in kinetische energie.
Wanneer de bal op het hoogste punt is heeft deze zwaarte-energie.

d. Bereken de arbeid die je hebt moeten verrichten om de bal 1,00 m op te tillen.
W = F × s
W = 0,020 × 1 = 0,020 N·m

e. Wat voor soort energie heeft de bal op 1,00 m hoogte?
Zwaarte-energie.

f. Bereken de grootte van deze energie.
Ez = m × g × h
Ez = 0,002 × 9,81 × 1 = 0,020 J.

Je laat de bal vallen.
g. Welke energieomzettingen vinden er plaats?
Zwaarte-energie wordt omgezet in kinetische energie.

h. Wat weet je over de grootte van de kinetische energie die de bal bezit vlak voordat hij de grond raakt? Geef een toelichting.
Wanneer de bal bijna de grond raakt heeft deze meer kinetische energie dan wanneer de bal net is losgelaten, omdat de snelheid van de bal steeds meer toeneemt.

De bal treft de grond en duwt deze iets in.
i. Welke energie omzetting(en) vindt/vinden er nu plaats?
Wanneer de bal raakt, vervormd deze een beetje. De kinetische energie wordt dus omgezet in veerenergie.

Stel dat deze pingpongbal terugstuit tot een hoogte van 0,80 m.
j. Welke energieomzettingen vinden er plaats?
Wanneer de bal weer opstuitert wordt veerenergie omgezet in kinetische energie.

k. Welke soort energie heeft de bal op zijn grootste hoogte?
Wanneer de bal op het hoogte punt is, wordt de kinetische energie omgezet in zwaarte-energie.

l. Bereken de grootte van deze energie.
Ez = m × g × h
Ez = 0,002 × 9,81 × 0,80 = 0,016 J.

m. Hoeveel kinetische energie heeft de bal dus op het moment dat hij net van de grond terugstuit?
Tussen de 0,020 en 0,016 J.

n. Vergelijk de uitkomsten van vraag h met die van vraag m. Verklaar het verschil.
Er is energie verloren gegaan toen de bal ophoog stuitte.

Meetresultaten.

Beginhoogte (m) Opstuithoogte
(m) Gemiddelde hoogte
(m) Zwaarte-energie
(J ·10 -³) Energieverlies in %
1 0,74
1 0,76 0,75 2,35 11,75
1 0,76
0,75 0,59
0,75 0,60 0,60 1,88 9,4
0,75 0,61
0,60 0,47
0,60 0,50 0,50 1,57 7,85
0,60 0,53
0,50 0,41
0,50 0,40 0,41 1,29 6,45
0,50 0,42
0,41 0,35
0,41 0,33 0,35 1,10 5,5
0,41 0,37

Uitwerkingen.

o. Bereken de gemiddelde opstuithoogte na de eerste, tweede en derde keer stuiten.
Zie 3e kolom van de tabel hierboven.

p. Bereken de zwaarte-energie bij deze hoogtes.
Ez = m × g × h
Massa bal = 0,0032 kg.
Zie 4e kolom van de tabel hierboven.

q. Teken een diagram met Ez na de stuitering verticaal tegen de beginnenergie horizontaal.
Stuiterhoogte in m.

r. Bepaal aan de hand van de grafiek na hoeveel keer stuiteren de pingpongbal de helft van zijn energie verloren heeft.
Eerst had de bal een zwaarte-energie van 2,35. Na 3 keer stuiteren is deze zwaarte-energie voor het eerst kleiner dan 1,175 (de helft dus).

s. Waar is de ‘verloren gegane’ energie gebleven?
Deze energie is waarschijnlijk omgezet in warmte-energie.

t. Hoe ziet bij dit systeem de energiebalans eruit?
Situatie 1:
50 % kinetische energie
50 % zwaarte energie
Situatie 2:
33,3 % kinetische energie
33,3 % zwaarte energie
33,3 % warmte energie

u. Bereken op deze manier bij alle metingen het energieverlies in % tijdens het stuiten.
Zie 5e kolom van de tabel.

v. Welke factoren zouden een rol kunnen spelen bij het energieverlies tijdens het stuiten?
De snelheid van de bal, de luchtdruk, de dichtheid van het oppervlakte waar de bal op stuit en het materiaal waar de bal van is gemaakt.

w. Welke conclusie kun je uit de proef trekken over de energiebalans van een stuiterende bal?
In situatie 1 zijn er minder energieën dan in situatie 2.