Dubbelvla

Profielwerkstuk - Natuurkunde

Op deze pagina staat een aantal voorbeelden van profielwerkstukonderwerpen. Als je nog niet precies weet wat je wilt gaan doen, maar het moet in ieder geval iets met natuurkunde zijn, dan is dit een goed startpunt!

Experimenten

Bouw je eigen windmeter

In Nederland waait het bijna altijd: ieder weerbericht bevat dan ook een verwachting van windrichting en windkracht. Meestal waait het niet zo hard: als mens sta je er dan niet zo bij stil dat het waait. Alleen als het stormt, krijgt iedereen met de wind te maken. Dakpannen waaien van huizen, takken breken af en in de buurt van hoge gebouwen kun je je nauwelijks staande houden. Voor het maken van weersverwachtingen en stormwaarschuwingen worden berekeningen van de grote computerweermodellen gecombineerd met meetgegevens van de weerstations. Op een weerstation wordt onder andere de windsnelheid continu gemeten met een windmeter (anemometer), die standaard op 10 meter hoogte is opgesteld.

Vallen - wat houdt je tegen?

Hoe de stroming rond een voorwerp verloopt, is afhankelijk van een aantal factoren zoals de vorm van het voorwerp, het snelheidsverschil tussen voorwerp en vloeistof en de viscositeit van de vloeistof. Stokes heeft een relatie afgeleid voor het geval alleen wrijvingskrachten werkzaam zijn, dus bij lage snelheden. In deze proef onderzoeken we om te beginnen de geldigheid van de wet van Stokes. Maar ook voor stromingen waarin de wet van Stokes niet opgaat is het belangrijk om te weten hoe groot de weerstand is die een voorwerp ondervindt (denk maar aan het energieverbruik van auto’s en schaatsers). Daarom wordt in deze proef ook de weerstandscoëfficiënt bepaald voor stromingen waarin de wet van Stokes niet geldt.

Theorie en bouwbeschrijving van de Kelvindruppelaar

In de aardatmosfeer heerst altijd een elektrisch veld. In buienwolken kan de veldsterkte zo hoog oplopen dat de doorslagspanning van de lucht wordt overschreden. In het laboratorium zou dan een vonk overspringen, maar bij een wolk leidt dat tot een kettingreactie: bliksem. Mislukken op school de proeven met de Van de Graaff generator altijd 'omdat het te vochtig is'? Maak voor eens en altijd een einde aan de gedachte dat water en elektrostatische velden niet samen gaan: bouw je eigen Kelvin-druppelaar, waarbij (net als in een onweersbui) water zorgt voor bliksemflitsen. Een Kelvindruppelaar creëert op eenvoudige wijze een ladingsverschil dat groot genoeg is om de doorslagspanning van lucht te overschrijden, waardoor er een ontlading (vonk) optreedt. De druppelaar is redelijk eenvoudig zelf te maken, maar het vergt wel doorzettingsvermogen en tijd om ook daadwerkelijk de vonken te genereren.

Alternatieve evenwichten

Alternatieve evenwichten zijn verschillende toestanden waarin een systeem zich kan bevinden terwijl de parameterwaarden gelijk zijn, bijvoorbeeld helder water met veel hogere planten versus een groene soep met veel algen zonder waterplanten. De dynamica die systemen met alternatieve evenwichten vertonen is in Wageningen uitgebreid bestudeerd, met internationale belangstelling. Het blijkt namelijk dat systemen met alternatieve evenwichten heel snel kunnen veranderen van toestand bij soms kleine verstoringen. Zo is het mogelijk dat een systeem een hele tijd stabiel lijkt te zijn maar dan opeens van toestand veranderd. Dit is met name belangrijk bij natuurbescherming en natuurherstel.

De onderzoeken in Wageningen begonnen met studies naar ondiep water en vermesting. Het blijkt dat een ondiep meer een tijdlang kan vermesten zonder duidelijk zichtbaar effect, maar dat dan opeens een omslag plaatsvindt waarbij alle planten afsterven en de algen het meer bedekken.

Het doel van dit experiment is een beeld te geven van de huidige wetenschappelijke inzichten over alternatieve evenwichten en het niet-lineaire gedrag van sommige biologische systemen. Dit gebeurt aan de hand van verschillende wiskundige modellen die dit soort gedrag beschrijven.