Modelraketproject H4.nat1

• Natuurkunde
• Middelbare school
• havo, vwo
• Leerjaar 4

Hoofdstuk Kracht

Raketproject

Modelraketproject

In dit project werk je in groepjes van 4 personen aan de ontwikkeling van een modelraket als onderdeel van het hoofdstuk Kracht.

Onderdelen

Groepsverdeling

Groep 2:

B&B: Lars 

B&B: Mike 

R&D: Nees  

R&D: Rayan 

O&S: Meike 

O&S: Madeleine

Groep 1:

B&B: Aran

B&B: Dennis 

R&D: Cynthia 

R&D: Ilse 

O&S: Ilian 

Groep 5:

B&B: Stef 

B&B: Femke 

R&D: Tessa 

R&D: Bianca 

O&S: Marit 

Groep 3:

B&B:  Edris

B&B:  Saleem

R&D:  Tycho

R&D: Jeroen

O&S: Esmee

Groep 4:

B&B: Jesper 

B&B: Nick 

R&D: Arend 

R&D: Kailu 

O&S: Jet 

O&S: Lisanne

Raketmotor

Raketmotor

Parachute

Parachute

Parachute

Parachute

F​w, lucht​​=​2​​1​​⋅ρ⋅A⋅c​w​​⋅v​2​​

Parachute

F​w, lucht​​=​2​​1​​⋅ρ⋅A⋅c​w​​⋅v​2​​

F​z​​=mg

B&B

O&S

Modelraketproject

In dit project werk je in groepjes van 4 personen aan de ontwikkeling van een modelraket als onderdeel van het hoofdstuk Kracht. 

Raketmotor Opdracht

In de video wordt gesproken over een verhouding van KNO₃ : suiker als 65 : 35 als brandstofverhouding. Maar geldt dat ook voor jullie suikersoort? Misschien is een verhouding 60 : 40 veel efficiënter.

Dat is het onderzoek wat jullie gaan uitvoeren: Verander de verhouding zo

Doel

Je gaat als tweetal werken aan het maken van de eerste raketmotor. Hoe dat moet, wordt beschreven in de onderstaande video.

In de video wordt als brandstof een mix van kaliumnitraat, KNO₃, (potassium nitrate) en kristalsuiker gebruikt. Binnen je groepje gebruik je een ander soort suiker als brandstof.

Parachute Opdracht

De C_D die in de afbeeldingen gebruikt wordt, is de c_w die we in de natuurkundeformule voor luchtweerstandskracht gebruiken.

Parachute

In tweetallen ga je aan het werk aan de parachute om een parachute te ontwerpen. Hierbij zal je onderzoek gaan doen naar de luchtwrijvingscoëfficiënt van de parachute.

Kies dus een effectieve vorm en grootte voor je parachute. Hiernaast is een kort overzicht weergegeven van een aantal voorbeelden. Je mag natuurlijk ook zelf een ontwerp verzinnen.

Fase 1: Ontwerpprobleem analyseren en beschrijven

Fase 2: Programma van
Eisen opstellen

Aan de hand van een programma van eisen kan je als ontwerper een helder beeld krijgen van de functies die vervuld moeten worden. Je houdt daarbij rekening met de voorwaarden waarbinnen het product gemaakt moet worden, zoals bijvoorbeeld:

- beschikbare materialen

- aantal personen dat aan het ontwerp werkt

- afmetingen product (maak een schets)

- omgeving waarin het product gebruikt wordt 

- vorm product(bolvorming, piramidevorming, etc.)

- etc.

Formuleer de eisen zo concreet en eenduidig mogelijk. De eisen moeten meetbaar/ testbaar zijn. 

Voor dit project ga je als groepje de hele ontwerpcyclus doorlopen. Om er op school mee aan het werk te kunnen, moet het probleem duidelijk en overzichtelijk omschreven worden door vragen te stellen.

Voorbeelden van dergelijke vragen zijn: Wie hebben dit probleem? Waar wordt het door veroorzaakt? Zijn er problemen die hier op lijken? Ken je daar oplossingen van? Door de antwoorden op deze vragen zo nauwkeurig mogelijk op te schrijven, krijg je goed zicht op het ontwerpprobleem. 

Fase 3: (Deel)uitwerkingen bedenken

Voor de uitwerking van deze functies kan een ideeëntabel een handig hulpmiddel zijn. In zo'n tabel geef je de hoofdfunctie en de deelfuncties weer met daarbij praktische uitwerking. 

Als voorbeeld een ontwerpideeëntabel voor melkverpakking:

Nu de eisen bekend zijn, kun je het ontwerpprobleem gaan uitwerken. Er zijn altijd meerdere mogelijkheden. Iedere ontwerper gebruikt zijn eigen creativiteit en heeft eigen ideeën om het ontwerpprobleem op te lossen. 

Een technisch systeem bestaat altijd uit deelsystemen met een erbij horende functie (deeltaak). Daarom is het voor het bedenken van alternatieven handig om de hoofdtaak te onderscheiden van de deeltaken. Vervolgens kunnen dan per deeltaak alternatieve uitwerkingen gezocht worden.

Fase 4: Ontwerpvoorstel
realiseren

Fase 6: productontwerp evalueren en testen

Als het prototype klaar is, kan het getest worden. Bij het evalueren van de testresultaten wordt bekeken in hoeverre het product voldoet aan de gestelde eisen (uit het programma van eisen!). Wordt aan sommige eisen onvoldoende voldaan, dan wordt bekeken waar dat aan ligt. 

Je bent het probleem dan opnieuw aan het analyseren. Om voorstellen voor verbetering te doen moet de ontwerpcyclus (gedeeltelijk) opnieuw doorlopen worden. Daar zijn de "Tweede cyclus" en "Derde cyclus" dus voor.

Na het opstellen van de ideeëntabel moet de ontwerper de beste combinatie van uitwerkingen kiezen. Daartoe moet worden nagegaan of het ontwerp aan het Programma van Eisen voldoet. 

Het ontwerp moet natuurlijk nog in een prototype gebouwd worden. Als het voorwerk goed gedaan is, kan je redelijk efficiënt werken. Het ontwerp is immers goed doordacht.

Fase 5: ontwerp realiseren

Inspiratie 

Hier een sheet ter inspiratie.

Let vooral op de vormen, hoeveelheid

parachutes, etc.

^{Landing Apollo missie}

^{Geallieerde parachutisten (vanaf 0:07)}

^{Supersonische parachute (vanaf 0:49)}

^{Paraglider (vanaf 0:35)}

^{Leonardo da Vinci}