De wetenschap van momentum
Momentum kan worden gezien als de hoeveelheid beweging die een object heeft. Het momentum wordt bepaald door de massa van het object (hoeveel beweegt het) en zijn snelheid (hoe snel het beweegt). In de natuurkunde wordt momentum weergegeven door "p", dus de vergelijking voor het bepalen van momentum is p = mv (momentum is gelijk aan massa maal snelheid). Een zwaarder object, zoals een bowlingbal, dat met dezelfde snelheid beweegt als een lichter object, zoals een kickball, zou volgens de wetten van de natuurkunde een groter momentum hebben.
Voor dit STEM Lab moet je het momentum begrijpen en hoe dit botsingen beïnvloedt, omdat je later zult strijden in een bowlingspel genaamd de Strike Challenge. Je programmeert de Speedbot om tegen een bal aan te rennen om pins omver te werpen en de hoogste score te behalen. Laten we eens nadenken over wat er gebeurt als twee objecten botsen. Ze dragen kinetische energie over, ja. Maar het momentum van elk van de twee botsende objecten vóór de botsing kan voorspellen hoe de twee objecten na de botsing zullen reageren. Op dit idee komen we later terug.
Motiveer discussie
Redeneren over momentum binnen een discussie is een goede manier om de inspanningen van je leerlingen te begeleiden om dit te conceptualiseren. De focus van dit STEM Lab zal liggen op het momentum van de robot als deze tegen een bal botst.
De volgende vragen kunnen worden beredeneerd in metrische eenheden zoals geschreven, of in imperiale mijlen, ponden en voet per seconde. De redenering moet hetzelfde zijn zonder dat er conversies nodig zijn.
Vraag: Welke van deze heeft meer momentum: een bol die met 8 km per uur rolt of dezelfde bol die met 10 km per uur rolt?
A: De bol die met 10 km per uur rolt, heeft meer momentum omdat hij sneller beweegt.
Vraag: Welke van deze heeft meer momentum: een auto van gemiddelde grootte die 90 km per uur rijdt of een bus die 90 km per uur rijdt?
A: De bus die 90 km per uur rijdt, heeft meer momentum omdat hij meer massa heeft.
Vraag: Welke van deze heeft meer momentum: een fiets die een heuvel op trapt of dezelfde fiets die een heuvel af fietst?
A: De fiets die van de heuvel af wordt getrapt, heeft meer momentum omdat de neerwaartse helling van de heuvel en het trappen beide de snelheid verhogen - tenzij er ook een remsysteem wordt toegepast.
Vraag: Waar zou je liever tegenaan botsen: een vrachtwagen van 1000 kg die met een snelheid van 1 meter per minuut beweegt of een meloen van 1 kg die met een snelheid van 1000 meter per seconde beweegt?
A: De vrachtwagen zou u kunnen omverwerpen, maar hij beweegt niet snel genoeg om u ernstig te verwonden, terwijl de meloen die met een snelheid van 1000 m/s beweegt, u zou kunnen doden. Dit benadrukt dat de hoeveelheid momentum gerelateerd is aan de hoeveelheid energie die tijdens een botsing door een object wordt overgedragen. De massa van een object alleen is niet genoeg om te bepalen hoeveel destructieve energie het levert tijdens een botsing. We moeten ook rekening houden met hoe snel het beweegt.