opgave 2Cessna
In figuur 1 staat een foto van een Cessna, een eenmotorig vliegtuig.
figuur 1
In tabel 1 staan gegevens van deze Cessna.
Op een horizontaal rechtdoor vliegend vliegtuig werken drie krachten:
de zwaartekracht Fz, de motorkracht Fm en de kracht die de lucht op het
vliegtuig uitoefent: Flucht. Deze Flucht hangt af van de stand van de
vleugels. Flucht kan ontbonden worden in twee componenten. De
component tegengesteld aan de vliegrichting is gelijk aan Fw,lucht.
De component loodrecht op de vliegrichting wordt liftkracht Flift genoemd.
Flucht maakt een hoek α met Flift.
Zie figuur 2. Deze figuur is niet op schaal.
Deze Cessna vliegt met zijn kruissnelheid op een constante hoogte.
Het motorvermogen is dan 70% van het maximale motorvermogen. De
beladen Cessna heeft op dat moment een massa van 710 kg.
45pBereken de grootte van hoek α in deze situatie.
De formule voor de liftkracht Flift is:
Hierin is:
− ρ de dichtheid van lucht;
− Avleugel de vleugeloppervlakte: de onderoppervlakte van beide
voorvleugels samen;
− Clift de liftcoëfficiënt;
− v de snelheid ten opzichte van de lucht.
53pLeid met behulp van deze formule de eenheid van Clift af.
Op de uitwerkbijlage staan op schaal een zij-, boven- en vooraanzicht
getekend van de Cessna.
64puitwerkbijlageBepaal met behulp van de figuur op de uitwerkbijlage en tabel 1 de
grootte van Clift voor de Cessna op kruissnelheid.
Om een bocht te maken, laat de
73puitwerkbijlagepiloot het vliegtuig een beetje
overhellen naar één kant.
Hierbij verandert de grootte
van de liftkracht niet.
Zie figuur 3 voor een
tekening in vooraanzicht.
Deze figuur staat ook op de
uitwerkbijlage.
Als de piloot daarbij verder
niets aanpast, gebeuren er
twee dingen met het
vliegtuig:
− het maakt een bocht,
− het verliest hoogte.
Leg met behulp van de figuur
op de uitwerkbijlage voor
beide uit wat de
natuurkundige oorzaak is.
Starten
Om inzicht te krijgen in de beweging van de Cessna op de startbaan
wordt een vereenvoudigd model gemaakt. Bij dat model gelden de
volgende aannamen:
− gedurende de hele start is het motorvermogen constant,
− gedurende de hele start is de rolwrijving constant.
Het model is weergegeven in figuur 4.
De formules en de startwaarden van het grafisch model zijn gelijk aan die
van het tekstmodel. Daarom worden die in het grafisch model niet
weergegeven.
figuur 4

MODEL STARTWAARDEN in SI-eenheden Fz = m·g Frol = 910 Flift = klift·(v vwind)2 klift = 5,68 Fw,lucht = kw·(v vwind)2 kw = 0,913 Fw = Fw,lucht + Frol vwind = +5 Als Flift > Fz dan stop Eindals m = 710 Pnetto = Pm Fw·v g = 9,81 Ek = ………. Pm= 74000 v 2Ek / m Ek = 0 ds = v·dt v = 0 s = s + ds s = 0 t = t + dt t = 0 dt = 0,001
Verder is het model niet compleet. De modelregel voor Ek is niet ingevuld.
82puitwerkbijlageSchrijf op de uitwerkbijlage de hele modelregel voor Ek.
In het model staat de factor

93pVoer de volgende opdrachten uit over het model van figuur 4:
− Geef de reden dat gewerkt wordt met

en niet met
v.
− Leg uit of in het model sprake is van tegenwind of van meewind.
In figuur 5 staat het (s,t)-diagram van de startende Cessna op de
startbaan in twee situaties: met windstil weer (A) en met een tegenwind
van 10 ms−1 (B). In figuur 6 staat een gedeeltelijke vergroting van
figuur 5.
figuur 5
figuur 6
Op de uitwerkbijlage staat het (v,t)-diagram van de startende Cessna op
de startbaan dat uit het model volgt, met daarin de grafiek voor situatie A.
103puitwerkbijlageTeken in het (v,t)-diagram op de uitwerkbijlage de grafiek voor situatie B.
opgave 4Protonenweegschaal?
Onderzoekers beweren dat ze een ‘weegschaal’ hebben ontwikkeld, die
een enkel proton kan wegen. De weegschaal bestaat uit een nanobuisje
dat aan twee zijden is vastgeklemd en trilt als een staande golf.
Zie figuur 1. Deze figuur is niet op schaal. Als een deeltje aan het buisje
vasthecht, verandert de trillingstijd. Hieruit is de massa van dat deeltje te
bepalen.
Het nanobuisje is opgebouwd uit koolstofatomen die in een
honingraatstructuur zijn geordend. Zie figuur 2. De massa van het
vastgeklemde nanobuisje bedraagt 6,2 ⋅10−22 kg.
In figuur 3 staat de ‘weegschaal’ schematisch getekend met de
bijbehorende afmetingen in de evenwichtsstand en de uiterste standen
van de staande golf. Het buisje trilt met de grondfrequentie van 1,86 GHz.
163pBepaal de golfsnelheid in het nanobuisje.
Als één of meer deeltjes aan het nanobuisje vasthechten, verandert de
resonantiefrequentie van het buisje. Voor de frequentieverandering stellen
de onderzoekers de volgende formule op:
Hierin is:
− f0 grondfrequentie van het nanobuisje vóór vasthechten (in Hz);
− Δf de frequentieverandering ten opzichte van f0 (in Hz);
− Δm de massa van de aangehechte deeltjes (in kg);
− mnano de massa van het nanobuisje (in kg).
Uit de formule is op te maken dat de resonantiefrequentie afneemt als er
één of meer deeltjes aan het nanobuisje vasthechten.
173pVoer de volgende opdrachten uit:
− Geef aan hoe uit de gegeven formule volgt dat de
resonantiefrequentie afneemt.
− Leg uit of de golfsnelheid groter wordt, kleiner wordt of gelijk blijft als
een deeltje vasthecht aan het nanobuisje.
Om de weegschaal te ‘ijken’ laat men eerst één molecuul en daarna meer
moleculen naftaleen (C10H8) aan het buisje vasthechten. De massa van
een molecuul naftaleen bedraagt 128 u. Gedurende een meettijd van
ongeveer 10 seconde bepalen de onderzoekers een aantal keer per
seconde Δf. De resultaten gaven zij weer in figuur 4. Met vijf pijlen zijn vijf
momenten aangegeven waarop een extra naftaleenmolecuul vasthecht.
Op tijdstip t = 8,8 s zijn er in totaal 5 naftaleenmoleculen vastgehecht.
184pLaat zien of op dit tijdstip de gemeten Δf overeenkomt met de Δf die uit de
formule volgt.
In figuur 4 is te zien dat niet alle stapjes in Δf even groot zijn.
In figuur 5 staat de frequentieverandering Δf uitgezet tegen de positie x
van één naftaleenmolecuul op het nanobuisje.
192pLeg met behulp van figuur 5 uit waarom de stapjes van Δf in figuur 4 niet
even groot zijn.
In figuur 4 is te zien dat de metingen van deze weegschaal ‘ruis’ hebben.
Ruis is een continue (kleine) variatie in de waarden door
meetonnauwkeurigheden. Zo is tot t = 3 s de waarde van Δf niet constant.
Met deze ‘weegschaal’ willen de wetenschappers de massa bepalen van
één enkel proton.
203pLaat zien of de massa van één enkel proton met deze opstelling gemeten
kan worden. Tip: bepaal hiertoe de nauwkeurigheid waarmee er gemeten
moet worden om de massa van één enkel proton te kunnen bepalen.
opgave 5Inwendige bestraling
Lees onderstaand artikel.

Radioactieve straling (ioniserende straling afkomstig uit een radioactieve stof) kan gebruikt worden om tumoren te bestrijden. De straling kan van buiten het lichaam komen, maar de stralende bron kan ook in het lichaam ingebracht worden. Deze inwendige bestraling is zinvol bij een goed gelokaliseerde tumor. Inwendige bestraling met behulp van in de tumor aangebrachte radioactieve jodium-125-bronnen is een effectieve behandeling voor de genezing van een tumor. Het jodium-125 zit daarbij in kleine, 4,5 mm lange, holle titaniumnaaldjes die permanent in de tumor achterblijven.
Voor de productie van I-125 beschiet men Xe-124 met neutronen. De
isotoop die daarbij ontstaat, vervalt tot I-125.
213pGeef de beide reactievergelijkingen die leiden tot de vorming van I-125.
Bij het verval van I-125 worden γ-fotonen uitgezonden met een
gemiddelde energie van 28 keV, die geabsorbeerd worden door de tumor.
De naaldjes worden tijdens een operatie in de tumor geplaatst.
Ze worden 10 dagen vóór de operatie door een bedrijf in de Verenigde
Staten geproduceerd. Op het moment van de operatie moet de activiteit
van het I-125 in één naaldje 17 MBq zijn.
225pBereken de massa I-125 in kg die daartoe tijdens de productie in één
naaldje moet worden aangebracht.
232popgebouwde dosis in de tumor
uitgezet tegen de tijd. Theo en
Loes bespreken figuur 1.
Loes zegt dat de activiteit van
de naaldjes na een jaar
maximaal is, terwijl Theo stelt
dat de naaldjes na een jaar
juist hun activiteit hebben
verloren.
Leg op grond van figuur 1 uit
wie er gelijk heeft.
In figuur 2 wordt de tumor nader bekeken.
figuur 2
De getallen rechts in de figuur geven de afstand in centimeters aan.
Uit de figuur is af te lezen dat de tumor (zie de getrokken lijn) afmetingen
heeft van ongeveer 5 cm bij 3 cm.
Er zijn 3 isodoselijnen weergegeven. Een isodoselijn is een lijn die door
punten met gelijke stralingsdosis gaat.
In figuur 2 is te zien dat de isodoselijnen dicht bij de tumor grillig van vorm
zijn en verder weg meer op een cirkel lijken.
241pGeef hiervoor de verklaring.
Drie leerlingen doen een uitspraak.
− Erik zegt dat de stralingsintensiteit van binnen naar buiten afneemt
zowel vanwege de kwadratenwet als door absorptie in het weefsel.
− Myrthe stelt dat de niet-geabsorbeerde fotonen geen schade aan de
tumor toebrengen.
− Frank zegt dat de tumor nog steeds radioactief is ten gevolge van
I-125, ook als dat helemaal vervallen is.
252puitwerkbijlageGeef op de uitwerkbijlage met kruisjes voor elke leerling aan of die gelijk
of ongelijk heeft.