11.4 Waterkracht

• Natuurkunde
• Middelbare school
• vmbo k, g, t
• Leerjaar 4

11.4 Waterkracht

11.4.1 Je kunt uitleggen hoe een waterkrachtcentrale zwaarte-energie omzet in elektrische energie.

11.4.2 Je kunt berekeningen uitvoeren met zwaarte-energie, massa en hoogte.

11.4.3 Je kunt in berekeningen het verband tussen zwaarte-energie en bewegingsenergie toepassen.

11.4.4 Je kunt uitleggen op welke vier punten je energiebronnen met elkaar kunt vergelijken.

11.4.5 Je kunt voor- en nadelen noemen van de energiebronnen die in Nederland worden gebruikt.

Zwaarte energie

E_{z =} m · g · h

• E_z = zwaarte energie in Joule (J)
• m = massa in kilogram (kg)
• g geeft aan hoe hard er aan elke kg wordt getrokken
• op aarde is dit afgerond 10 N/kg (in NL 9,81 N/kg)
• h = hoogte in meter (m)

Oefen vraag

Een schooltas met een massa van 3,5 kg wordt anderhalve meter opgetild. Bereken hoeveel zwaarte energie deze schooltas heeft gekregen.

Probeer hem zelfstandig te maken. Je hebt 2 minuten de tijd.

Maak gebruik van het stappenplan!

Oplossing

1.  Gegeven: m= 3,5 kg, g=10, h=1,5 meter
2. Gevraagd: zwaarte energie E_z
3. Formule: E_z=m×g×h
4. Berekening: E_z=3,5×10×1,5 = 52,5 J
5. Antwoord:  De tas heeft 52,5 J zwaarte energie gekregen

Oefen vraag

Door een waterkrachtcentrale stroomt elke seconde 600 m₃ water. Het hoogteverschil tussen het waterniveau voor en na de dam is 80 m.

Bereken hoeveel zwaarte-energie de centrale per seconde verbruikt. Zoek eerst de dichtheid van water op in Binas.

Uitwerking

1. gegeven V = 600 m₃,  ρ = 1,00 g/cm₃ = 1000 kg/m_3, h = 80 m,   g = 10 N/kg
2. gevraagd: Ez = ? J
3. uitwerking 1: m = ρ ∙ V = 1000 × 600 = 6,0∙105 kg, 
4. Uitwerking 2: E_z = m ∙ g ∙ h = 6,0∙105 × 10 × 80 = 4,8∙108 J = 480 MJ
5. Antwoord: De centrale verbruikt per seconde 480 MegaJoule aan zwaarte-energie

Zwaarte-energie en bewegingsenergie

Zwaarte-energie kan gemakkelijk worden omgezet in bewegingsenergie, en omgekeerd.

Ez = Eb / Ek

Als je een bal omhoog schopt bijvoorbeeld, neemt zijn bewegingsenergie snel af. Tegelijk neemt zijn zwaarte-energie toe. Op het hoogste punt heeft de bal alleen nog maar zwaarte-energie. 

Als je de luchtweerstand verwaarloost, geldt voor deze energie-omzetting:

Ez op het hoogste punt = Ek op het laagste punt

Zwaarte-energie en bewegingsenergie

Zwaarte-energie en bewegingsenergie

Energiebronnen vergelijken

• Hoeveel kost de energie die je uit de energiebron haalt?

• Kan de energiebron op den duur uitgeput raken?

• Is de energiebron altijd of alleen af en toe beschikbaar?

• Wat zijn de gevolgen voor het milieu?

Nick klimt in een boom. Hij gaat zitten op een tak. Deze tak zit 2,7m hoog. Nick heeft een massa van 45kg. Bereken met welke snelheid Nick de grond raakt wanneer hij valt. Ga er van uit dat er geen energieverlies is (Ez = Ek). Rond af op 1 decimaal.

Alle zwaarte-energie wordt omgezet in bewegingsenergie.
Bereken de snelheid van Ben onder in de halfpipe.
met h = 3,2m
m = 70 kg