6. Technische inzichten PDF

Preview

Summary

Download 6. Technische inzichten PDF

Description

6. Technische inzichten p. 355 – 397

6.1. Wat is techniek? Hoe ziet het leven van een lagere school leerkracht er uit? - Opstaan met wekker - Douchen - Brood in broodrooster - Krant lezen - Fietsen naar bushalte dan de bus nemen - Muziek luisteren van gsm - Kijken naar industrieterrein en de lichtjes - Stoppen want er komt een goederentrein langs - Op school aangekomen en de stoelen in een kring zetten - les voorbereiden en materiaal klaarzetten → We hebben voortdurend te maken met techniek. Tjitse Bouwmeester en Piet Hugen ‘Techniek in het primair onderwijs, zoals het kan’ Techniek gaat over de dingen die mensen gemaakt hebben en maken als hulpmiddelen om in leven te blijven en het bestaan te vergemakkelijken en te verrijken. Het gaat over oude en moderne middelen. Het gaat over problemen waarvoor mensen een technische oplossing hebben bedacht (vb. onderdak hebben, iets goed opbergen, windsnelheid meten). Het gaat ook over problemen waarvoor nog een goede oplossing is bedacht moet worden (afvalscheiding, duurzame zorg voor materialen, zorg voor voldoende hulpbronnen). Technische gebieden: 1. Constructies: (vb. huizen, bruggen, torens meubels, verpakkingen) Het maken en onderzoeken van structuren. Elk product heeft een structuur, combinatie van: vormen, materialen, verbindingen in relatie tot een functie. Maken van grote bruggen/torens heb je te maken met krachten: Interne krachten: van binnen uit → eigen gewicht van constructie Externe krachten: van buitenaf → een storm/wind Letten op stabiliteit en stevigheid: Vaste constructie: onderdelen hangen aan elkaar zonder als doel bewegen te hebben (vb. bank, elektriciteitsmast) Beweegbare constructie: hebben onderdelen die niet aan elkaar hangen om beweging te krijgen (vb. draaimolen, ophaalbrug) Stevigheid principes onderzoeken → onderzoeken van vaste constructies

2. Transport: (vb. voertuigen, transport van stoffen en energie via leidingen, buizen en kabels) Transporteren is een beweginsactiviteit om mensen, materialen en energie van de ene plaats naar de andere te krijgen.  Gebruik maken van vervoersmiddelen die over transportwegen gaan. Niet enkel transporteren ook over infrastructuur van transport  (Water)wegen, spoorlijnen, het luchtruim, leidingen, buizen en kabels. Vooral vervoermiddelen en beweegbare constructies waarbij wielen en asen, katrollen… worden gebruikt om dingen te verplaatsen. 3. Productie: (vb. kleding, voedsel) Produceren is de activiteit waarbij materialen worden omgezet in bruikbare producten.  Bewerken en verrijken van ruwe materialen.  Of recycleren en opnieuw verwerken en zo bijdragen aan duurzame ontwikkeling en zorg voor het milieu Het proces van het maken. Vroeger handmatig, nu met geautomatiseerde productielijnen, hierbij worden producten in serie gemaakt( in grote hoeveelheden en machinaal) en daarna verspreid en verkocht 4. Communicatie: (vb. audiovisuele apparatuur, telefoons, boeken, kranten, meetapparatuur) Vervoeren van informatie. Zender stuurt boodschap naar ontvanger.  Gebruik maken van hulpmiddelen: telefoon, e-mail (Zo kunnen de zender en ontvanger de boodschap wissen) Vb. Zender op fiets met fietsbel  Boodschap: ‘Pas op, er komt iemand aan’  ontvangen door ontvanger. Communicatie tussen apparaten door sensoren Vb. Schuifdeur  sensor neemt bewegen persoon waar  stuurt elektrisch signaal naar bewegingssysteem van deuren  deuren openen Geen strikt onderscheid tussen technische gebieden, meeste technische producten passen in meerdere gebieden. Vb. stevige auto maken (constructie & transport) met toeter en allarminstalatie (communicatie) en die in een fabrek wordt gemaakt (productie). Technische inzichten: 1. Functie: bepaald het materiaal en het product gemaakt moet worden 2. Energieomzetteting: door dit product kan je een energievorm omzetten naar een andere gewenste energie vorm (vb.elektriciteit  warmte) 3. Bewegings- & overbrengingsprincipes: bewegingsenegrie omzetten naar waar nodig is

4. Geautomatiseerde systemen: product reageerdautomatisch op de omgeving zonder tussenkomst van de mens (gebruik van sensoren)

6.2. Constructies 6.2.1. Een stevig huis Probleemstelling: huis maken met krant, krant oprollen voor palen te maken, ligende, staande en schuine palen, er op een krantenblad. Oplossing: Veel experimenteren met: materialen, verbindingen en vormen. Stevigheidsprincipes: driehoeksvorm en een bepaald profiel geeft stevigheid aan dunne materialen. Constructies moeten gewicht en kracht weerstaan.  het materiaal van de constructie, de manier waarop de verschillende onderdelen aan elkaar verbonedn zijn en de vormen die zijn toegepast spelen een grote rol in de stevigheid van een constructie.

6.2.2. Materialen Materiaal: is een stof waarvan een stof is gemaakt. Natuurlijke materialen: wat je vind in de natuur (vb. hout, natuursteen, wol, leer) Kunstmatige materialen: een grondstof die bewerkt werd (vb. plastiek, glas, beton) Ruwe materialen: worden bewerkt tot halffabricanten (vb. dierenhuid  leer)

Eigenschappen van materiaal in relatie tot hun functie Keuze van materiaal heeft te maken met de functie. Vb. theedoek  sterk maar waterabsorberen materiaal dat makkelijk wasbaar moet zijn  katoen  natuurlijk maeriaal, katoenplant bewerken. Vb. fluitketel  materiaal dat goed warmte kan geleiden, maar een handvat waar je je niet aan verband  staal voor de ketel en hout/kunststof voor handvat Vb. wijnglas  waterdicht, geen smaak afgeven, zien wat je drinkt  glas  mensgsel van zand, soda en kalk Stevigheid is belangrijk, de materialen moeten een bepaalde stijfheid hebben die bestand is tegen de allerlei krachten. Soms zijn er tegenstrijdige eisen van een constructie. Vb. trekkerstent  niet alleen stevig maar ook licht en gemakkelijk opvouwbaar  materiaal moet stevig zijn en bestand zij tegen trekkracht  tenstokken, haringen, touwen.

Nieuwe materialen met betere eigenschappen Nieuwe manieren zoeken voor de eigenschappen van het materiaal te verbeteren: Combineren van materialen: Vb. Beton in de bouw  staaldraad toevoegen  steviger  mogelijkheid grotere construcie (gewapend beton)

Vb. textiel  katoen & wollen vezels combineren met polyester  kreukherstellend Mengen van materialen: vooral metaal  metaal mengsel  legering Vb. roestvrij staal  staal is een mengesl van ijzer & beetje koolstof  mengen met chroom of nikkel  roestvrij

6.2.3. Verbindingen Materiaalverbindingen Los materiaal wordt gebruikt om onderdelen aan elkaar te verbinden Vb. gesoldeerde of gemetste verbindingen, laten geen beweging toe/zijn star Zorgen voor een sterke constructie en zorgen voor een permanente verbinding  uitelkaar halen = beschadigen Vormverbindingen Vorm van onderdelen gebruiken om verbinding te maken Los en vast, uit elkaar halen en in elkaar zetten Vb. puzzel, tandpasta tube en dopje Star en een stevige constructie Vaker vormverbindingen gebruikt in producten  makkelijker dingen vervangen en dus beter recycleren Voorwerpverbindingen Verwerpen gebruiken voor verbindingen te maken Vb. rits, nietje, veter Los en vast Permanent: planken aan elkar spijkeren  moeilijk los maken Niet permanent: planken aan elkaar schroeven  makelijk los maken Kan ook een bewegelijke verbinding zijn Vb. wiel van fiets

6.2.4. Vormen Stevigheid wordt bepaald door de voorwerpen van de constructie, de materialen en verbindingen en hoe deze worden toegepast op de vom. Driehoeken: Driehoeksconstructie is de meestvormvaste constructie en het sterkst Toegepast op druk- en trekkrachten  als je op een hoed duwt heb je een drukkracht op de verbonden zijden, tegelijkertijd ontstaat er een trekkracht op de tegenovergestelde zijden. De druk- en de trekkracht heffen elkaar op zodat de vorm blijft

Vierhoeken Wel bewegelijk (vb. ophaalbruggen) Vierhoek verstevigen door een diagonale als je een vaste constructie wil (bv. steiger) Bogen Boogconstrucie bij oude bruggen en oude gebouwen Goed in staat om drukkracht op te vangen, vereeld de kracht gelijkmatig Piramides Stevig en blijven lang staan (vb. piramides in Egypte) Brede basis, smalle top Vb. elektriciteitsmasten Profielen = een plaat die je plooit in een aantal mogelijke vormen Vb. driehoeksprofiel, vierhoeksprofiel, L-profiel, buisprofiel Hol  lichter en goedkoper Stevig, steviger dat massieve buizen (die niet hol zijn) Vb. buis  hol & even stevig als een massieve buis  moet enkel duw- en trekkracht weerstaan op de buitekant  midden weg laten Vb. plantenstengel, holle pijpbeenderen van mensen en dieren

6.3. Energie omzetting 6.3.1. Wat is energie? Mensen, apparaten, machines, levenende organisme hebben energie nodig om arbeid te verrichten. Wanneer iets arbeid verricht dan verbruikt het energie  de energie verdwijnt niet, het wordt omgezet in een energievorm. Bv. Wartmte-, elektrische-, bewegings-, geluids-, en lichtenergie Chemische energie: als de energie is opgeslagen in een brandstof, bij verbranding van deze stoffen wordt de chemische energie omgzet in andere engerie Vb. kaarsenvet  licht- en warmte energie Potentiele engerie: een voorwerp waar enegrie in zit en er een potentie in zit dat die nog van pas kan komen Vb. voorwerp in de lucht heeft potnetiele energie onder invloed van zwaartekracht, het zou kunnen vallen  dan zou het bewegingsenergie worden Bij een omzetting gaat er soms een klein beetje enegrie verloren als deze wordt omgezet naar een onbruikbare vorm vb. wrijvingswarmte Je hebt voordurend een energie bron nodig.

6.3.2. Energiebronnen Elk apparaat heeft een energiebron, deze kan afkomstig zijn va: spierkracht, winden waterkracht, zondlicht, elektriciteit en verbranding van (fossiele) brandstoffen. De zon is een energiebron die directe energei afgeeft in de vorm van warmte en licht. Maar ook energie uit wind- en waterkracht, uit fossiele brandstoffen en de energei die in ons voedsel zit komen indirect van de zon. Vb. Wind- en waterkracht  de zon zorgt voor de beweging van lucht en water Chemische energie  steenkool: bestaat uit planten / voedsel voor ons Elektriciteit is een belangrijke energiebron, kan worden omgezet in: warmte, licht, beweging. Kan opgeslagen worden door accu’s of batterijen door middel van chemische energie. Vb. zaklamp: chemische energie  elektrische energie  lichtenergie Elektriciteit kan vervoerd worden over lange afstanden via kabels Het wordt opgewekt in een grote fabriek en dan via een kabel netwerk naar vb. huizen gebracht. Vooral geproduceerd door fossiele brandstoffen maar ook door huisvuil of biomassa, kernsplitsing ( kernenergie) HOE? Net zoals in een stoommachine wordt er in een elektriciteitscentrale een afgesloten ketel met water verhit door fossiele brandstoffen zodat er stoom komt onder hoge druk. De stoom spuit tegen de schoepen van de tribune waardoor deze gaat draaien, de draaiende beweging wordt doorgebracht naar een generator of dynamo. Hierin draait er een elektrische draadspoel tussen de polen van een magneet en wekt het elektriciteit op. Zo gaat het dan via hoogspanningskabels naar onze huizen en komt het op ons lichtnet van ongeveer 230 volt. Op de hoogspanningskabels zit iets van hnderduizenden volt maar het wordt via transformatoren omgezet naar 230 volt. En in de aparaten die we aansluiten aan ons lichtnet via een stopcontact zitten nog andere transformatoren om het naar het juiste aantal volt om te zetten voor dat specifieke apparaat. Duurzame energiebronnen Fossiele brandstoffen zijn makkelijk maar niet duurzaam, bij huidig gebruik zullen ze achter 250 jaar op zijn, en de verbranding ervan is erg schadelijk voor het milieu. Verbranding van steenkool, aardgas en aardolie  koolstofdioxide in de lucht  slecht voor milieu  vasthouden van van zonnenwarmte  broeikaseffect  stijging van de gemiddelde temperatuur  natuurrampen door verandering van klimaat Verbanding van steenkool in elektriciteitscentrales  zwaveldioxide komt vrij  in combinatie met waterdamp vormt het zwavelzuur

Verbranding van benzine/diesel in auto  stikstofoxiden komen vrij  in combinatie met waterdamp vormt het salpeterzuur  zure regen: zorgt voor afname van de plant- en diersoorten op aarde (verschareling) Kernenergie geeft geen koolstofdiocide af maar wel kernafval, erg radioactef en het blijft radioactief voor 240.000 jaar. Oplossing: - Energiebesparing door bewuster en zuiniger om gaan met energiegebruik. - Gebruik van schonere, duurzamere energiebronnen: wind- en zonne-energie, en energie uit waterkracht. - Zoals windmolens met een generator en door de windkracht op hun rotorbladen (wieken) - Zoals zonnenpanelen: zonlicht maakt een elektrische spanning tussen 2 laagjes silicium die in de panelen zitten.  een fotovoltaïsche reactie daarom worden het ook fotovoltaïsche panelen of PV-panelen (photo voltaic) genoemd. Ook gaan elektrische apparaten en machines steeds zuiniger werken. De ‘verloren’ energie uit de machines is vaak wrijving, het komt door dat er twee delen tegen elkar bewegen, wordt omgezet in warmte- en geluidsenergie, en de onderdelen slijten sneller Doog gebruik van kogellagers of smering wordt deze wrijving beperkt en dus slijten er minder snel onderdelen Kogellagers: wrijvingsvlak is erg klein dus minder slijtage Smering: bewegende onderdelen worden ingesmeerd met olie of vet

6.3.3. Energieomzetting Eerst alles op sipierkracht  geevalueerd naar machinale kracht. Stoommachine  industriële revolutie 19e eeuw

3 belangrijkse energieomzettingen: Warmte: - Omzetten van elektrische energie in warmte: Het onderdeel waar de energieomzetting plaats vind is het verwermingselement Vb. strijkijzer, broodrooster, waterkoker - Omzetten van chemische energie in warmte: In brandstoffen (hout, aardgas, kaarsvet) zit chemische energie. Bij verbranding van deze stoffen komt er warmte vrij. Vb. de openhaard

In de verwarmingsketel wordt er aardgas verbrand. De warmte die daarbij vrijkomt wordt door de warmtewisselaar afgegeven aan het water dat door de radiatoren stroomt. - Omzetten van bewegingsenergie in warmte: Bij veel apparaten ontstaat er wrijving waarbij bewegigsenergie wordt omgezet in warmte, vaak ik dit geen bruikbare energie. Vb. in handen wrijven

Licht: - Omzetten van eletrische energie in licht: Elektriciteit kan een gloeidraad verhitten zodat deze witheet is (gloeilamp), of het kan een gas/damp laten oplichten (tl-buis), het komt meestal uit je lichtnet (stopcontact) maar bij een zaklamp uit een batterlij. - Omzetten van chemische energie in licht: Een haard, kaars, olielamp geven licht. Hout, kaarsenvet, olie zijn hierbij de bransdtoffen en bevatten chemische energie die bij verbranding wordt omgezet in licht (&warmte). - Omzetten van bewegingsenergie in licht: Beweging van een fietswiel zorgt ervoor dat het wielentje van de dynamo gaat draaien en elektrische energie opwekt, deze wordt in de lamp omgezet naar licht energie.

Beweging: - Omzetten van eletrische energie in beweging: Apparaten die beweging leveren werken vaak op elektriciteit, hiervoor hebben ze een elektromotor voor nodig die elektrische energie omzet in bewegingsenergie. Hierin is een elektrische draadspoel aanwezig en een vaste hoefijzermagneet. Stuur je stroom door de draadspoel dan wordt het een elektromagneet. Die kan dan de magneet aantrekken en afstoten. Door de magnetische kracht gaat de spoel draaien en komt het in beweging. - Omzetten van chemische energie in beweging: Door een verbrandingsmotor worden er chemische stoffen verbrand die dan iets aanzetten tot bewegen. Deze motor hoeft niet verbonden te zijn met kabels tegenover de elektromotor, deze wordt het vaakst gebruikt op vervoermiddelen. - Omzetten van bewegingsenergie in beweging: Bewegingsenergie kan komen van wind en water en kan worden omgezet. In een watermolen wordt de beweging van het water gebruikt om de waterraderen te laten draaien doordat de schoepen het water opvangen die da andere wielen laat draaien zodat de maalsteen ook draait. Een windmolen werkt met hetzelfde principe maar dan met wind energie.

6.4. Bewegings- en overbrengingsprincipes 6.4.1. Overbrengingen Elk apparaat heeft een energiebron nodig die bewegende delen aandrijft. Daarbij wordt de energiebron opmgezet in bruikbare bewegingsenergie. Doormiddel van bewegende onderdelen wordt de bewegingsenergie overgebracht naae de juiste plek. Als deze overbrenging soepel gebeurd verlies je wienig bewegingsenergie. 2 soorten bewegingen: 1. Ronddraaiende beweging (rotatie) 2. Rechtlijnige beweging (tranlatie)

6.4.2. Van een rechtlijnige naar een rechtlijnige beweging Hefbomen Alle hefbomen hebben een draai- of steunpunt waar de staaf draait of scharniert. Hoe dichter bij het draaipunt, hoe groter de kracht. Er zijn drie typen hefbomen: primaire, secundaire en tertiaire. Het onderscheid wordt bepaald door de plek van het draaipunt, de plaats waar kracht wordt uitgeoefend en de plek waar een weerstand moet overwonnen. Het kan gebruikt worden om grote afstanden af te leggen (vis hengel) en om nauwkeurige handelingen uit te voeren (pincet). Kenmerkend: Primaire hefbomen is dat het draaipunt tussen de kracht en de weerstand in zit. Secundaire hefbomen zit de weerstand in het midden. Tertiaire hefbomen zit de kracht in het midden.

Hydraulische en pneumatische systemen In een pneumatisch systeem wordt de kracht van samengeperste lucht gebruikt om iets te laten bewegen. De samengeperste lucht wordt via leidingen naar een cilinder geleid. In een cilinder drukt de lucht een zuiger omhoog. Vb. bureaustoel

Bij een hydraulisch systeem zijn de leidingen gevuld met een vloeistof. Vaak met olie, de kracht die je zet op een klein opp wordt met dezelfde soms grotere kracht overgebracht naar een grote opp. Wordt vooral gebruikt in machines die die zware lasten moeten kunnen tillen. Vb. hijskraan Katrollen Bij een enkelvoudige katrol verandert alleen de richting waarin een kracht kan worden uitgeoefend. Het is niet zo dat het nu minder inspanning kost om de last omhoog te krijgen. Dat laatste is wel mogelijk bij meervoudige katrollen. Net als bij de meeste hefbomen is het met verschillende katrollen wel mogelijk om met relatief geringe inspanning een zware last op te tillen.  hoe meer katrollen, hoe minder energie je moet leveren voor een grote kracht.

6.4.3. Van een ronddraaiende naar een ronddraaiende beweging Tandwielen Je brengt altijd één tandwiel in beweging, het aandrijfwiel. De wielen die erop volgen zijn volgwielen, de wielen die in elkaar grijpen draaien in tegengestelde richting. De vorm van overbrenging is hier een directe overbrenging. Soms zijn tandwielen met elkaar verbonden door middel van een ketting. Dan is het indirecte overbrenging. De tandwielen draaien hier in dezelfde richting. Draairichting: Als je fietst gaan beide tandwielen die verbonden staan met een ketting naar dezelfde richting draaien. De ketting trekt het volgwiel mee in dezelfde richting als het aandrijfwiel gaat. In een blikopener drijven de tandwielen elkaar rrechtstreeks aan, het aandrijfwiel draait in de tegenovergestelde richting van het volgwiel. Draaisnelheid: Tandwielen zijn in staat om de snelheid van een draaiende beweging te vergoten of te verkleinen: op je fiets een de versnellingen

6.4.4. Van een ronddraaiende naar een rechtlijnige beweging Als je een lijmstift naar boven draait, een wijnfles opent met een opener zet je een draaiende beweging om in een rechtlijnige beweging.

6.4.5. Van een rechtlijnige naar een ronddraaiende beweging Bij een slingerklok (klok in een kerktoren) wordt er gebruik gemaakt van een windas, de rechtlijnige beweging van het gewicht dat naar beneden gaat zorgt voor een draaing in de windas....