E V M C H A N I L O U S P T R G.Janssens lkr.HHartinstituut Heverlee / lerarenopleiding KULeuven

Toegepast in een sportdiscipline Mechanica Toegepast in een sportdiscipline

Mechanica Toegepast in een sportdiscipline Schansspringen, zweefvliegen, ijsschaatsen, … Absoluut vereist: zelf een meting kunnen uitvoeren Achtbaan, zwemmen, frisbee, … Keuze beperken tot atletiek Eigen experiment zeker haalbaar

Project atletiek 6de jaar met fysica-1u of fysica-2u Vrije ruimte: 1u per week Gespreid over het hele jaar Parallel met de leerstof mechanica Toepassingen van basisbegrippen Verdieping van begrippen

Project atletiek: start Opdracht: Kies een onderdeel van een beweging uit een sport (atletiek-)discipline. Bestudeer in detail alle grootheden waarmee je deze beweging fysisch kan beschrijven: 1D, 2D of 3D-beweging? Vorm van de baan? Tijdsduur? Tijdsverloop? Snelheid? Snelheidsverandering? Krachten op verschillende tijdstippen?

Project atletiek: start Deze begrippen kennen ze uit het dagelijks leven Fysica-leerstof 3de en 4de jaar of nu invoeren Aanloop voor de mechanica 6de jaar 1D, 2D, 3D-beweging Vorm van de baan Tijdsduur Tijdsverloop Snelheid Snelheidsverandering Krachten op verschillende tijdstippen

Project atletiek Hoogtesprong Hordenloop Sprint Polsstoksprong Verspringen Speerwerpen Kogelstoten …

Tijdsindeling Fase 1: september / oktober klassikaal 34 voorbeeld bespreken van artikel met fysica gegevens: biomechanica van de hoogtesprong www.dclahoogspringen.be Zelf opzoeken van publicaties met bruikbaar materiaal: begrippen uit mechanica herkennen omlijnen van onderwerp per 2 lln voorstel van experiment eerste evaluatie: vóór 1 november 34

Tijdsindeling Fase 2: november-januari niet-klassikaal Experiment plannen en uitvoeren Afspreken met atleet, sportleraar, … Afspreken met sportclub, coach, … Afspreken met fysicaleraar voor gebruik meetapparatuur Metingen omzetten in bruikbare vorm: videobeelden afdrukken, … tabellen en grafieken afdrukken 15 16

Tijdsindeling Fase 3: januari / februari klassikaal Metingen verwerken Berekeningen Kinematica: Baanvorm 1D, 2D of 3D → herleiden tot 2x 2D Grafieken Plaats-, snelheid-, versnellingsfuncties Tweede evaluatie

Tijdsindeling Fase 4: maart / april klassikaal Aanvullend materiaal opzoeken Berekeningen Dynamica: Krachtendiagram Bewegingsvergelijkingen opstellen Energievormen en -behoud Vermogen Derde evaluatie 17

Tijdsindeling Fase 5: mei niet-klassikaal Meetresultaten in definitieve vorm brengen Posterindeling maken Foto’s, grafieken, formules, … aanbrengen Voorstelling voorbereiden Vierde evaluatie: postervoorstelling 10 minuten per groep Eindevaluatie project

Voordelen van deze werkwijze in vrije ruimte Parallel met leerstof Klassikaal opvolgen Spreiding in tijd Vooruitgang evalueren Valkuilen vermijden Belasting leerkracht Postervoorstelling Inoefening/uitdieping Focus op deelproblemen Bijsturing mogelijk Te laat/te vaag/copy Vooral tijdens de les Synthese/Motivatie

Voorbeelden Kinematica Dynamica Arbeid, energie, vermogen 22 27 32

Opnemen van beeldmateriaal Merktekens nodig voor afstanden, ook voor lichaamsafmetingen Standpunt camera verzorgen, loodrecht op bewegingsrichting Tijdsduur, tijdsbepaling Voldoende aantal beelden voor beweging Beeldresolutie Vooraf aanbrengen en testen op zichtbaarheid Vaste cameraopstelling of meebewegen Digitaal fototoestel beperkt, beter digitale camera … en belichting 9

Verwerken van beeldmateriaal Videometen, modelleren, verwerken en analyseren van meetgegevens Voorbeelden op websites Videometen met Coach mogelijk Grafieken met de hand maken : afzonderlijke beelden afdrukken referentiepunten op kalkpapier overnemen 9

Aanvullend materiaal Tekeningen of beeldband in wetenschappelijke sportartikels

Aanvullend materiaal Schema’s, verklarende figuren, ... Voorbeeld: Toename van de hoeksnelheid door verkleining van het traagheidsmoment http://www.sportunterricht.de/lksport/physik.html

Aanvullend materiaal Foto’s Filmfragmenten Zwaartepunt, plaats van hoofd, knieën, voeten in verschillende fasen van de beweging. Afmetingen? Standpunt?

bewegingsanalyse www.sportunterricht.de/lksport

Aanvullend materiaal YouTube film kan, maar meestal zijn er onvoldoende gegevens. Bruikbare voorbeelden vind je ook bij www.natuurkunde.nl 11

Voorbeeld kinematica Je bestudeert de schoolslag van een zwemmer. Hoe maak je grafieken vanuit metingen die je zelf opneemt? Begin je met positie in functie van de tijd x(t) of met snelheid v(t)-grafiek? Je moet niet noodzakelijk de beweging filmen.

I: het wegduwen van het water met armen en benen II: het uitdrijven Figuur 1 toont het (vereenvoudigde) (v,t)-diagram van een zwemmer die de schoolslag doet. Een volledige zwembeweging blijkt uit drie delen te bestaan: I: het wegduwen van het water met armen en benen II: het uitdrijven III: het intrekken van de benen en vooruitsteken van de armen Deze opgave komt uit de website www.natuurkunde.nl Auteur: opgave CITO, uitwerking RvdL Examenopgave HAVO, natuurkunde 1 , 2008 tijdvak 2, opgave 1

Hoe kom je aan die grafiek? Leerlingen hebben in de klas grafieken leren interpreteren. In een practicum kregen ze een meettechniek om de beweging van een massapunt op te meten. Nu moeten ze bedenken hoe ze een complexe beweging moeten beschrijven. Eenvoudiger is: redenering omkeren

Welke vragen kan je stellen als je de grafiek hebt? In één volledige zwembeweging legt de zwemmer 1,2 m af. Bepaal het aantal slagen in een minuut. Bereken hoe lang hij over 25 m doet.

In welke fase van de zwembeweging vertraagt hij? Wanneer komt hij tot stilstand? Wanneer versnelt hij? Hoe lang duurt het versnellen? Welke afstand legt hij intussen af? …. Hoe vertraagt hij bij het uitdrijven in fase II en bij het intrekken van de benen en het uitsteken van de armen in fase III? Dat zijn precies de fases die je moet herkennen en de metingen die je moet uitvoeren! 14

Krachtendiagram opstellen: Welke krachten werken op zijn voet op het ogenblik van de afstoot? Kies een x,y –assenstelsel door het steunpunt. In welke richting werkt de resulterende kracht res ? Stel alle krachten samen tot deze res . Herleid de vectoriële vergelijking tot 2 scalaire vergelijkingen.

Krachtenvergelijking opstellen

Hoe vind je de grootte van de krachten? In periode II drijft de zwemmer uit. In deze situatie werkt in horizontale richting alleen de wrijvingskracht op de zwemmer. Bepaal de grootte van deze wrijvingskracht. Dus: Meet zijn gemiddelde snelheid. Stop de zwembeweging. Laat hem uitdrijven tot stilstand. Meet die afstand. Meet die tijd. 14

Voorbeeld energie-vermogen In periode I verricht de zwemmer arbeid; 85% hiervan resulteert in toename van de bewegingsenergie van de zwemmer. Zijn massa is 70 kg. Bepaal het vermogen van de zwemmer in deze periode.

Uit de grafiek blijkt dat de fiets het zuinigst is wat betreft energiegebruik.

Voorbeeld energie-vermogen Het rendement van de menselijke motor is ca 25 %, dat wil zeggen dat voor één joule uitwendige arbeid het lichaam vier joule chemische energie in de vorm van voedsel nodig heeft. Van die vier joule moet er drie als warmte afgevoerd worden.

Bruikbaar materiaal http://www.sportunterricht.de/lksport/physik.html http://www.techniekenconditietraining.nl http://www.dclahoogspringen.be/ http://www.natuurkunde.nl/ Reeks artikels NW&T (sept 2005 -jan 2006)

http://www.dclahoogspringen.be Het zwaartepunt beschrijft na de afstoot een parabool, waarbij men tracht de piek zo hoog mogelijk te krijgen. Deze zweefhoogte is afhankelijk van de combinatie tussen horizontale snelheid en verticale impuls. 8

http://www.sportunterricht.de/lksport

http://www.techniekenconditietraining.nl Asymmetrische voetbewegingen tijdens het lopen.

stapanalyse

Zwembewegingen: posities van linker (rood) en rechter (blauw) vingertoppen bij crawl.

schaatsen

Zelf aan het werk! Voorbeeld kinematica

Hordenloop Stel de bewegings-vergelijkingen op. Teken de baan van het zwaartepunt Z en van de tenen t.o.v. Z.

Polsstoksprong Salto voorwaarts Maak de x(t) en y(t)-grafieken van het zwaartepunt Z. Teken en bereken de baan van Z. Teken de baan van de tenen t.o.v. Z. Kies de lengte l . Salto voorwaarts

Boomerang Maak de ω(t) en at(t)-grafieken (kinematica). Welke vereenvoudigingen werden hier gemaakt?

Sprint Maak de x(t)-grafiek voor deze beweging (kin). Stel de bewegingsvergelijkingen op (dyn).

polsstokspringen