Wikijunior:Natuurkunde/Inleiding

Gezocht: Wikibookianen die een beroep hebben waar natuurkunde bij gebruikt wordt en die in het hoofdstuk "Einde" heel kort iets willen vertellen over hun beroep.

Wat is natuurkunde ?

Natuurkunde is een natuurwetenschap. In de natuurwetenschappen onderzoeken we verschijnselen in de natuur om ons heen. We zoeken een goede verklaring voor wat we horen, zien, voelen, ruiken en proeven. Zo hopen we de wereld om ons heen te begrijpen. Dan kunnen we er iets mee doen. We bestuderen de werking van ons lichaam en dat van dieren en planten, maar ook de vorming van stoffen die niet in de natuur voorkomen. Bijvoorbeeld klittenband of beton. Maar we bestuderen ook vreemde verschijnselen in onze omgeving, zoals bliksems, aardbevingen enzovoorts

De natuurkunde is binnen de natuurwetenschappen het vak dat alles bestudeert wat de andere niet bestuderen. Dus dan is het verstandig eerst te beschrijven wat de andere vakken bestuderen. Daarom leggen we eerst uit wat scheikunde en biologie is, zo weet je wat geen natuurkunde is.

Biologie

De biologie bestudeert de levende natuur. Bomen horen niet bij de natuurkunde, wel bij biologie, omdat alles wat groeit en voedsel nodig heeft een "levend" verschijnsel is. Ook de mens behoort tot de groep 'biologie', net zoals alle dieren, planten en schimmels. Schimmels zijn bijvoorbeeld paddenstoelen of dat groene spul dat je op brood vindt, als je het te lang laat liggen.

Scheikunde

De scheikunde bestudeert de eigenschappen van stoffen en daarbij vooral het ontstaan van nieuwe stoffen uit andere stoffen. Plastic maken is een voorbeeld van scheikunde, want plastic is gemaakt van aardolie. Aardolie en plastic zijn niet meer dezelfde stof. Het branden van een kaars is ook een voorbeeld van een scheikundig proces, waarbij kaarsvet door verbranding wordt omgezet in gassen, warmte en licht. Scheikunde heet ook wel chemie.

Het verteren van voedsel in je lichaam is een ook voorbeeld van een scheikundig proces. Wat erin gaat bestaat meestal uit andere stoffen, dan wat eruit komt. Tegelijkertijd is dat een onderdeel van de biologie. Sommige vakken overlappen elkaar. We gebruiken vaak kennis uit meer vakken tegelijk.

Natuurkunde

De natuurkunde bestudeert dus al het andere in de natuur: de niet-levende verschijnselen die niet te maken hebben met eigenschappen van stoffen. Er blijft nog ruim genoeg over: geluid, licht, krachten en nog veel meer. Een paar vragen die we ons daarbij kunnen stellen, zijn: hoe ziet ons heelal eruit, hoe werkt geluid of wat gebeurt er als deeltjes tegen elkaar botsen. Een ander woord voor natuurkunde is fysica. De natuur in natuurkunde is vooral de dode natuur, maar natuurkunde kan ook levende materialen onderzoeken. Dan krijg je samenwerking van biologie en natuurkunde in ... biofysica, bio-natuurkunde.

Er zijn dus raakvlakken van de natuurkunde met andere vakgebieden. Zo kun je de bloeddruk in een lichaam meten. Dat zegt iets over iemands gezondheid. Het begrip druk is een natuurkundig begrip dat met krachten op een oppervlak te maken heeft, maar in de biologie hebben we het ook nodig.

Een ander eenvoudig voorbeeld is het mengen van (weinig) azijn, eigeel en (veel) olie. Als je die stoffen op de juiste manier met elkaar mengt, heb je nieuw sausje gemaakt: mayonaise. Je zou dus denken dat zich een nieuwe stof heeft gevormd, maar wie de stoffen goed bestudeert, ontdekt dat er feitelijk alleen maar sprake is van een bijzondere vorm van menging. Valt dit nu onder de scheikunde of onder de natuurkunde? Of wat te denken van het oplossen van suiker in water?

Hoe kan het dat je niet gaat zweven op de aarde maar dat je blijft staan? allemaal vragen.

De geschiedenis van natuurkunde

In de tijd van de oude Grieken meer dan tweeduizend jaar geleden gingen de mensen allemaal lastige vragen stellen. Bijvoorbeeld: hoe kan het dat de aarde er is? Of, Hoe kan het dat ik leef? Als je hier lang genoeg over nadacht bleek er veel achter te zitten! De Grieken gingen redeneren en discussieren. Feiten met elkaar in veerband brengen. Zo kwamen ze achter heel veel interessante dingen, maar nog niet achter alles. Er blijft nog veel over om te ontdekken.

Overzicht

Soms vallen dingen niet onder één categorie, maar onder meer dan een. Als iets onder natuurkunde en scheikunde valt, heet het fysische chemie.

Als iets onder natuurkunde en biologie valt, heet het biofysica. Denk daarbij bijvoorbeeld aan de werking van spieren en het uithoudingsvermogen. Je kunt ook denken aan de werking van het oog.

Als iets onder biologie en scheikunde valt, heet het biochemie. Denk daarbij bijvoorbeeld aan de vertering van voedsel en de werking van medicijnen. Ook kun je denken aan hoe bacteriën (ziekmakers) je ziek maken door hun stoffen.

Natuurkunde, scheikunde en biologie vallen alle onder de natuurwetenschappen. Het doel van de natuurwetenschappen is om de wereld in en om ons heen - het volledige heelal - te begrijpen. Natuurkundigen, biologen en scheikundigen proberen goed samen te werken, zodat we zoveel mogelijk te weten komen.

Waarneming

Heel belangrijk in de natuurkunde zijn waarnemingen. Dat is wat je ziet, voelt, hoort, ruikt of proeft. Zo kunnen we de verschijnselen vaststellen. Ieder mens heeft zintuigen waarmee hij kan waarnemen. Dat doe je met je ogen, oren, huid, neus en tong.

We gaan nu de eerste proef doen. We doen enkele waarnemingen van natuurkundige verschijnselen. Een proef doe je om iets te ontdekken en daarvan te leren.

Proef: Verken je zintuigen: het gevoel
Benodigdheden: 3 glazen, 3 ijsblokjes, water uit de kraan, warm water Zet de glazen voor je neer op tafel. Doe in één glas de ijsblokjes en doe daar water uit de kraan in. In het tweede glas doe je alleen water uit de kraan en in de derde warm water waar je nog nét je vingers in kan houden. Hou nu één vinger van je linkerhand in het glas met het water met de ijsblokjes, en één vinger van je rechterhand in het warme water. Laat ze daar drie minuten in. Doe ze daarna direct in het kraanwater. En wat voel je? Je vinger die in het water met ijsblokjes zat, voelt nu warm aan en de vinger die in het warme water zat, voelt nu koud aan! Dat klopt dus niet met de werkelijkheid.
Wat heb ik geleerd: Bij elke proef, ook hier, kun je iets leren. Temperatuur kan je waarnemen met de huid. Maar je gevoel is geen goede manier om te meten of de temperatuur hoog of laag (warm of koud) is.

Dit gevoel heb je ook als je reist. Stel, je vriend woont in de woestijn waar het 42 graden is, maar hij verhuist naar Nederland. Daar is het op dat moment 20 graden. Voor ons is dat lekker weer, maar hij zal het eerst wel koud vinden!

Nog een proefje. Soms denk je dat je iets ziet, maar is het er niet.

Proef: Verken je zintuigen: het zicht
Benodigdheden: NIKS! Makkelijk, hè? Bekijk dit plaatje: Hoeveel zwarte stipjes verschijnen er in deze afbeelding? Er lijken een heleboel zwarte stipjes te verschijnen, maar ze zijn er niet. We zien die stipjes, omdat de ogen vinden dat er heel veel zwart in het plaatje zit. Daarom denken de ogen soms dat ook de witte plekjes zwart zijn.
Wat heb ik geleerd: Soms neem je iets verkeerd waar. Je ogen (dus je zicht) kunnen je bedriegen. We noemen dat gezichtsbedrog

Meten

In de vorige proefjes kon je al merken dat alleen maar waarnemen niet genoeg is. In proef 1 voelden we dat het tweede glas water met de ene vinger warm lijkt en met de andere koud, en toch weten we dat het water in dat glas maar één bepaalde temperatuur heeft.

Daarom gebruiken we in de natuurkunde instrumenten die ons precies kunnen vertellen hoeveel of hoe hoog of hoe sterk iets is. Het zijn meetinstrumenten.

Er zijn veel dingen die je kunt meten. Zoals hoeveel cola er in een fles zit. Hoe lang je erover doet om een rondje door de buurt te rennen. Hoe groot je bent en hoe zwaar. Hoe warm het buiten is.

Nu maken we kennis met het meten. Zonder instrumenten kun je niet precies meten. Dan moet je het schatten. Dat is zo goed mogelijk de maat van iets bedenken. Meestal zit er tussen de schatting en de meting een verschil. We gaan nu het beeldscherm van je computer meten. Kun jij een schatting maken hoe lang het is en hoe breed? De maat van de korte zijde is de breedte, van de lange zijde de lengte.

Lengte

Proef: Afstand meten
Benodigdheden: papier, pen/potlood, meetlat, beeldscherm van een computer Schat de breedte en de hoogte van je beeldscherm. Schrijf dit op het papiertje. Neem een meetlat en meet daarmee het beeldscherm van je computer. Meet het nauwkeurig. Vergelijk nu de meting met de schatting. Hoeveel verschil zit ertussen?
Wat heb ik geleerd: Met een meetinstrument kan je nauwkeurig meten. Schatten is niet nauwkeurig. Om de lengte te meten kun je een meetlat gebruiken.

Gewicht

Proef: Gewicht meten
Benodigdheden: weegschaal, voorwerpen Gok wat het gewicht is van de voorwerpen die je hebt gekozen. Leg die voorwerpen vervolgens op een weegschaal. Hoe zwaar zijn ze echt? Had jij het goed geraden?
Wat heb ik geleerd: Met een weegschaal kan je nagaan hoeveel een voorwerp weegt.

Tijd

Proef: Tijd meten
Benodigdheden: stopwatch, vader of moeder Geef aan je vader of moeder een stopwatch en ren een rondje door de buurt. Laat je vader of moeder bijhouden hoe lang je erover doet. Hoe lang doe je erover?
Wat heb ik geleerd: Met een stopwatch kan je de tijd meten, zodat je precies weet hoe lang iets duurt.

Inhoud

Proef: Inhoud meten
Benodigdheden: maatbeker, 2 glazen water met verschillende vorm Vul de twee glazen tot aan de rand met water. Giet het eerste in de maatbeker. Hoeveel water past er in het glas? Maak de maatbeker leeg en giet het tweede glas in de maatbeker. Hoeveel past er in het tweede glas? In welk glas gaat het meeste water?
Wat heb ik geleerd: Inhoud meten kan met een maatbeker. Zo kan je precies meten hoeveel er ingaat.

Temperatuur

Proef: Temperatuur meten
Benodigdheden: thermometer, kraanwater, bakje Giet wat kraanwater in het bakje en zet de thermometer erin. Hoe warm is het kraanwater als het bij jou uit de kraan komt?
Wat heb ik geleerd: Met een thermometer kan je precies meten hoe warm of koud iets is. Je leest de temperatuur af.

Een kraak als afsluiting

Nu je een eerste kennismaking hebt gehad met natuurkunde, doen we nog een afsluitend proefje waar verschillende natuurkundige verschijnselen bij gebeuren. Het is een leuke proef als afsluiting van de eerste les maar doe hem zeker met minstens een van je ouders erbij.

Proef: Natuurkundige verschijnselen
Benodigdheden: leeg frisdrankblikje, fornuis, kroezentang of barbecuetang, water, bak, ouders Opgelet: deze proef mag enkel met een volwassene worden uitgevoerd Meet 6 ml water af in een maatbeker en giet dat in het blikje. Laat je vader of moeder het fornuis aansteken. Grijp met de tang het blikje. Hou hem bij een gasfornuis boven de vlam van het fornuis totdat het water erin kookt (bij een elektrisch fornuis zet je hem erop) en laat ondertussen je ouders de bak vol water gooien. Pas nu goed op en schrik niet. Breng het blikje met de tang boven de bak water. Draai je hand voorzichtig een halve slag, zodat de bovenkant van het blikje naar beneden wijst en hou het onder water. Met een fiks kraakgeluid kraakt het blikje in elkaar.
Wat heb ik geleerd: Het blikje kraakt niet zomaar in elkaar. We hebben een natuurkundig verschijnsel waargenomen. De uitleg ervan kan je hieronder lezen.

Maar hoe werkt dit precies?

Let op: In de uitleg hieronder gebeuren een heleboel dingen uit de natuurkunde tegelijk. Het geeft niets als je niet alles van de uitleg kan volgen. In de volgende lessen zal je alles netjes stap voor stap tegenkomen.

Als je het blikje met water verwarmt, worden de lucht en het water erin warm. De warme lucht en het warme water nemen meer ruimte in dan de koude lucht en het koude water. (Dit gaan we later nog leren).
Omdat de warme stoffen meer ruimte innemen dan de koude, past er minder van in het blikje. Je zou kunnen zeggen dat er minder lucht- en waterdeeltjes in het warmgemaakte blikje zitten, dan erin zaten toen het blikje nog koud was.

Zodra je het blikje omkeert en onder water houdt, gebeurt het volgende:
Doordat je het blikje onder water houdt, kan er geen lucht in het blikje komen. Tegelijkertijd koelt de warmgemaakte lucht in het blikje weer af door het koude water waar je het in houdt. Hierdoor gaat de lucht weer minder ruimte innemen. Er zitten echter minder luchtdeeltjes in het blikje dan eerst. Als die luchtdeeltjes minder ruimte in gaan nemen doordat ze weer afkoelen, betekent dit dat er weer meer lucht in het blikje past. Maar omdat we het onder water houden, kan er geen nieuwe lucht het blikje in stromen.
We zeggen dan met een moeilijk woord dat de luchtdruk in het blikje lager is dan buiten het blikje. (er drukken aan de binnenkant van het blikje minder luchtdeeltjes tegen de randen, dan er vanaf de buitenkant tegenaan drukken).

Doordat aan de buitenkant meer luchtdeeltjes drukken dan aan de binnenkant, wordt het blikje in elkaar gedrukt. Vergelijk het maar met touwtrekken. Als je aan de ene kant 10 mensen hebt staan en aan de andere kant zet je 4 mensen neer die even hard trekken, dan kunnen die 10 mensen natuurlijk veel harder trekken.

Het indrukken van het blikje gebeurt met een mooie, luide kraak.

Gefeliciteerd! Je bent de lessen natuurkunde goed gestart. Begin nu aan één van de andere hoofdstukken!