1.2. De Space Elevator

Leerdoelen:       
– Je kent het verschil tussen een grafisch model en een numeriek model.
– Je kunt een gedachtenexperiment in woorden onderbrengen.
– Je kunt een aantal krachten op de ruimtelift en het effect van die krachten beschrijven.
– Je oefent met het delen van kennis.
– Je oefent met het leren stellen van kritische vragen.

De Space Elevator (ruimtelift) is een idee dat al heel lang bestaat. In 1895 bedacht de Russische wetenschapper Konstantin Tsiolkovski al dat het handig zou zijn als je niet met een raket, maar met een lift de ruimte zou kunnen bereiken.

Meer dan 100 jaar verder zijn er nog weinig ruimteliften te bekennen op de aarde. Maar wanhoop niet: er wordt serieus onderzoek gedaan om de ruimtelift tot leven te wekken… Prima reden om er zelf ook wat meer over te weten te komen.

Konstantin Tsiolkovski, ook wel de Vader van de ruimtevaart genoemd.

Modellen

In deze lessenreeks ga je aan de hand van modellen onderzoeken wat de natuurkundige principes achter de ruimtelift. Een model is iedere voorstelling die je je kunt maken om een natuurwetenschappelijk principe beter te begrijpen. Dat kan dus een computersimulatie zijn die je zelf bestuurt, of misschien wel zelf maakt. Maar het kan natuurlijk ook een experiment (‘proefje”) zijn waar je verschijnselen mee onderzoekt, een berekening in Excel, of een gedachtenexperiment.

Modellen bouwen

Een model bouwen start je altijd met denken. De volgende volgorde is handig.

  • Probleem: Wat is er precies gevraagd?
  • Vereenvoudigen: Kan ik het probleem makkelijker maken?
  • Over welke natuurkundige verschijnselen praten we eigenlijk?
  • Model: Hiermee maak je het zichtbaar: Je vertaalt het algemene naar de vraag van dat moment.
  • Interpreteren: Kloppen de gegevens?
  • Evaluatie: Wat kun je met deze gegevens?

Voorbeeldberekening voor een model

Laten we ons voorstellen dat het ISS een massa heeft van 1 kilogram en zonder extra moeite om de aarde draait. We doorlopen een vier keer de volgorde die je hierboven ziet. Je vindt van dit model hier een uitwerking in Excel (daar kun je dus zelf mee spelen).

Opdracht 2

In groepjes van 4 gaan jullie aan de slag met de eerste opdracht. Lees de opdrachten hieronder en verdeel de taken over je groepje. Voor sommige onderdelen is het makkelijker om te overleggen, soms zal het makkelijker zijn om in tweetallen te werken. Delen en overleg is met nadruk… BELANGRIJK!

  • Welke krachten spelen een rol bij de ruimtelift?
  • Stel je de beweging van een ruimtelift die “stil staat” op de aarde.
  • Stel je de beweging voor van een ruimtelift die “stil staat” in de ruimte.
  • Leg deze beweging in geschreven tekst uit.
  • Leg de invloed van wrijving uit aan de hand van een Algodoo-model met en zonder luchtwrijving. (tip: maak een auto die je laat bewegen met een tik van een lat).
  • Maak het verschil duidelijk aan de hand van een snelheidsgrafiek. (show plot -> save as image file)
  • Laat met je grafiek en een globale berekening zien hoe lang je onderweg bent naar het ISS als je met dezelfde snelheid beweegt als je model. Hier vind je hoe hoog het ISS boven het aardoppervlak is.
  • Als het ISS stil zou hangen boven een punt op de aarde, welke snelheid zou het ISS dan moeten hebben? (tip: hij legt dan in 24 uur een cirkel af met een straal van (hoogte ISS + straal van de aarde).
  • Onderzoek met je model welke kracht minimaal nodig is om met constante snelheid te blijven bewegen, zowel met als zonder luchtwrijving.
  • Vat alles samen in een presentatie die je binnenkort gaat presenteren.
  • Tijdens de presentatie stel je minimaal drie kritische vragen aan iemand anders. Blijf respectvol!