Natuur, leven en technologie

Staatsexamen VWO
2014
Nederl
Natuur, leven en technologie
Tijdvak 1
Maandag 26 mei
13.30 – 15.30 uur
College-examen schriftelijk
Opgavenboekje
Voor dit examen zijn maximaal 53
punten te behalen; het examen bestaat
uit 30 vragen: 27 open en 3 gesloten
vragen.
Als bij een open vraag een verklaring,
uitleg of berekening wordt gevraagd,
worden aan het antwoord meestal geen
punten toegekend als deze verklaring,
uitleg of berekening ontbreekt.
Het examen duurt twee uur.
Voor elke vraag is aangegeven
hoeveel punten met een goed
antwoord behaald kunnen worden.
Bij de beantwoording van enkele
vragen moet het BINAS tabellenboek
5e druk geraadpleegd worden.
Het gebruik van een rekenmachine is
toegestaan.
Geef niet meer antwoorden (redenen,
voorbeelden e.d.) dan er worden
gevraagd.
Als er bijvoorbeeld twee redenen worden
gevraagd en u geeft meer dan twee
redenen, dan worden alleen de eerste
twee in de beoordeling meegeteld.
Geef het antwoord van meerkeuzevragen
in duidelijke hoofdletters.
- Tenzij anders vermeld, is er sprake van normale situaties.
VF-1035-s-14-1-o
1
lees verder ►►►
Alfadeeltje
Hieronder staat een fragment uit Wikipedia, de vrije encyclopedie.
Een atoomkern links vervalt onder uitzending van het
alfadeeltje rechts.
Bij het radioactief verval van zware elementen wordt
vaak een alfadeeltje uitgestoten. Dit kan de omgeving
ioniseren.
Dit verschijnsel staat bekend als alfastraling.
Alfastraling (bovenaan in de afbeelding)
wordt al tegengehouden door een stukje papier.
Voor het tegenhouden van bètastraling is een
aluminiumplaat nodig en gammastraling gaat zelfs nog
door heel dikke materialen.
Het alfadeeltje bestaat uit twee neutronen en twee
protonen.
De sterke kernkracht houdt het alfadeeltje zo sterk
bijeen, dat deze kern heel stabiel is. De
bindingsenergie bereikt bij isotopen vanaf het losse
proton een eerste maximum bij het alfadeeltje.
Een gevolg van deze sterke binding is dat er geen
kernen met 5 en met 8 kerndeeltjes bestaan, want die
zouden onmiddellijk uiteenvallen in een alfadeeltje en een proton of neutron, respectievelijk
twee alfadeeltjes.
Daardoor is het alfadeeltje buitengewoon stabiel en gedraagt het zich als een zelfstandig
deeltje, met veel bindingsenergie. In een instabiele atoomkern met teveel neutronen ten
opzichte van het aantal protonen kan een alfadeeltje makkelijker door de barrière van de
sterke aantrekkende kernkracht komen dan een zwaarder deeltje.
Door een alfadeeltje uit te zenden doet een kern met te veel neutronen ten opzichte van
het aantal protonen de efficiëntste stap om in het stabiele gebied van isotopen in het
(M=N+P,Z)-diagram te komen. Daarom is er wel alfaverval en geen "protonverval",
"neutronverval" of "koolstofverval" enzovoorts.
1p
1
2p
2
2p
2p
3
4
Noem de scheikundige atoomnaam voor een alfadeeltje.
Welke fundamentele natuurkrachten heb je nog meer behalve sterke kernkracht?
A Elektromagnetische kracht, zwakke kernkracht en zwaartekracht.
B Elektrische kracht, magnetische kracht en zwakke kernkracht.
C Zwakke kernkracht, van der Waalskracht en elektrische kracht.
D Zwakke kernkracht, elementaire en elektromagnetische kracht.
Er wordt gesproken over een zwaarder deeltje. Hoe komt dit deeltje zo zwaar?
A Door een overmaat aan elektronen.
B Dat wordt bepaald door het aantal protonen en neutronen.
C Door de formule van Einstein: E = mc2.
D Door de korte onderlinge afstand met naburige atomen.
Polonium-210 is een alfastraler.
Laat met een vergelijking zien welk deeltje ontstaat.
2
lees verder ►►►
Metingen bij cricket
Bij cricket is de regel dat de werper (bowler) de bal naar de slagman (batter) gooit zonder
de hoek van zijn elleboog te veranderen. Wel is het toegestaan om de pols en de vingers te
laten roteren.
Muttiah Muralitharan uit Sri Lanka (zie afbeelding hieronder) staat bekend als de beste
bowler aller tijden. Hij is vooral befaamd om zijn doosra, een techniek waarbij de bal door
roterende vingers veel tegeneffect krijgt. In het begin van zijn carrière ondervond Muttiah
vaak problemen. Een aantal scheidsrechters ging ervan uit dat hij de hoek van zijn elleboog
veranderde. Er zijn aan hem veel biomechanische metingen gedaan tijdens het uitvoeren
van zijn worpen. Daarbij werd gebruik gemaakt van high speed camera’s.
Uit high speed onderzoek aan een
grote groep bowlers in 2004 bleek
dat het praktisch gezien niet
mogelijk is, de hoek van de
elleboog helemaal niet te
veranderen. Bij dit onderzoek
bleek namelijk geen enkele bowler
hiertoe in staat is.
Bij high speed onderzoek brengt
men op de bowler markers aan
(zie afbeelding hieronder).
Vervolgens worden de snelheid
van de bowl en de verandering in
de hoeken van bovenarm en
elleboog tijdens de bowl gemeten.
2p
5
Welke markers zijn in dit onderzoek het
belangrijkst?
A A en B
B C en D
C A en C
D B en D
E A en D
F B en C
3
lees verder ►►►
Daarom heeft de International Cricket Council grenzen gesteld, afhankelijk van de
werpsnelheid van de bowler. In 2004 kwam de bond met de volgende regel: snelle bowlers
mochten een hoek van 10˚ maken, gemiddelde bowlers een hoek van 7,5˚ en langzame en
spin (effect) bowlers slechts 5˚.
Bij nader onderzoek met de high speed camera’s bleek deze regel nadelig voor de wat
langzamere bowlers. In de tabel hieronder vindt u het percentage dat als correct bowlen
moet worden geaccepteerd volgens bovengestelde eisen.
Fast Fast/med Medium Slow Spin
86.7% 87.5%
100.0% 35.7% 60.0%
2p
6
Leg met behulp van de afbeelding hieronder en de regel over de geaccepteerde ellebooghoek uit waardoor dit nadeel juist voor de langzamere bowlers te verwachten valt.
4
lees verder ►►►
Tegenwoordig is er een nog preciezere methode om correct bowlen te onderscheiden van
werpen.
Bekijk de twee grafieken in de afbeelding hieronder. De bovenste is van een correct
gooiende bowler, de onderste van een ‘werper’. De eerste piek geeft het moment van
contact van de voorvoet met de grond aan, de tweede piek is het moment dat de bowlende
arm ter hoogte van de schouder is en de derde piek is het moment dat de bal wordt
losgelaten. Zowel de arm als de elleboog hebben zich tussen de tweede en derde piek een
kwart slag gedraaid.
1p
7
Wat is een goed criterium om een correcte bowler van een ‘werper’ te onderscheiden?
3p
8
Toon aan dat de hoeksnelheid van een correct bowlende speler tussen het moment dat de
arm op schouderhoogte is en het loslaten van de bal 58 rad/s is.
5
lees verder ►►►
Bekijk de afbeelding hieronder. De afstand d van elleboog tot bal is 42 cm.
Nu is de afstand rf van schouder tot pols 51 cm. De bal beschrijft één rechte lijn, zodat de
totale snelheid de som is van de arm- en elleboogsnelheid.
2p
9
Toon aan met gebruikmaking van de gemiddelde ellebooghoek van een bowler dat de
snelheid die de bal maakt ten gevolge van de draaiing van de elleboog 6,3 m/s is.
3p
10
Bereken de snelheid waarmee de bowler de bal weggooit.
Muttiah Muralitharan bleek bij nader onderzoek een voordeel te hebben voor het bowlen.
Zijn rechterarm is door een erfelijke aanleg nogal stijf, zodat hij de elleboog niet gemakkelijk
kan buigen.
Stel dat Muttiah de bal gooit met een hoeksnelheid van 50 rad/s.
De massa van bal + arm is 2,5 kg. De effectieve afstand d is 12 cm.
2p
11
Bereken de kracht die een werper met een niet stijve arm in zijn bovenarm moet uitoefenen
om zijn elleboog in dezelfde stand te houden.
N.B. Deze kracht bespaart Muttiah dus met zijn stijve arm!
6
lees verder ►►►
Ecolution
''De Nederlandse overheid kan de
reis van Wubbo Ockels met zijn
ecozeilschip Ecolution (zie
afbeelding hieronder) naar Aruba
aangrijpen om het Nederlandse
eiland Bonaire uit de energiecrisis
te helpen."
Dat laat kandidaat kamerlid Ron de
Haan voor de politieke partij
Nederland Lokaal weten.
Castricummer De Haan, ook
gemeenteraadslid voor de Vrije
Lijst in Castricum, praatte hierover
met de natuurkundige en oudruimtevaarder Wubbo Ockels op zijn jacht in Scheveningen Haven. (zie afbeelding
hiernaast).
De Haan, die onlangs op Bonaire was, hoopt dat Wubbo Ockels zijn missie op Aruba wil
verbinden met het eiland Bonaire, dat sinds 10 oktober 2010 samen met Saba en Sint
Eustatius een bijzondere Nederlandse gemeente is geworden.
Op Bonaire stijgen de energieprijzen met 50% als gevolg van een niet kostendekkend
tarief en hogere kosten van het opwekken van
stroom.
Wubbo Ockels blijft drie maanden op Aruba om
mee te helpen projecten op het gebied van
duurzaamheid te ontwikkelen. Hij is daar op
uitnodiging van premier Mike Eman. Het kabinet
Eman heeft de ambitie om Aruba, een eigen Staat
binnen het Koninkrijk, in 2020 onafhankelijk te
laten zijn van energiemaatschappijen en de
energievoorziening volledig te hebben vergroend.
Nu wordt er op Bonaire nog deels gewerkt met
dieselgeneratoren, dit is duurder en minder
duurzaam.
Volgend jaar wordt al 50% van de behoefte uit
wind- en zonne-energie gegenereerd. Wubbo Ockels reist 1 januari met zijn zeiljacht af
naar Bonaire.
2p
12 Geef een mogelijke oorzaak voor de hogere kosten van de stroom op Bonaire.
Onderin de buik van de Ecolution liggen accu’s met een massa van 13 ton.
2p 13 Waarom plaatst men de accu’s helemaal onderin? Gebruik in uw antwoord het woord
zwaartepunt.
7
lees verder ►►►
De lengte van de schoener Ecolution waar Wubbo Ockels mee reist is 25,6 meter, de
breedte 5,9 meter en de gemiddelde diepgang 4,0 meter. Ga uit van het gegeven dat de
boeg onder water een baksteenvorm heeft.
1p 14 Toon met een berekening aan wat het volume is van het water dat door de schoener
verplaatst wordt.
De boeg heeft in werkelijkheid geen baksteenvorm, maar neemt slechts 30 % van het
volume in zoals berekend in vraag 14.
3p 15 Bereken de massa van het ecoschip. Als u vraag 14 niet hebt kunnen oplossen, ga dan uit
van een volume van 103 m3.
Het zeiloppervlak van het schip is 290 m2. Het drukverschil tussen voor- en achterkant van
het zeil bedraagt op een gegeven moment 5,4 kPa.
2p 16 Bereken de maximale kracht die het zeil in voorwaartse richting kan uitoefenen.
1p
17 Waarom is er in de vorige vraag sprake van een “maximale kracht in voorwaartse richting”?
2p
18 Bereken de maximale versnelling die het ecoschip vanuit stilstand kan krijgen. Verwaarloos
de wrijving.
1p
19 Waardoor zal de versnelling in de praktijk een stuk minder zijn?
Per jaar gebruikt een gemiddeld huishouden op Bonaire 3500 kWh. Eén kilowattuur kost
€ 0,30. Eén zonnepaneel kost inclusief installatie € 500,00. Op Wikipedia is bovenstaande
tabel te vinden waarin je kunt aflezen hoeveel zonnepanelen er nodig zijn bij een bepaald
aantal kWh dat je wilt opwekken.
2p 20 Bereken hoe lang het duurt voordat je met deze zonnepanelen winst gaat maken.
8
lees verder ►►►
Wolf-Rayet sterren
Wolf-Rayet (WR) sterren zijn erg zware en heldere sterren waarvan er slechts een paar zijn
gedetecteerd. De buitenste lagen van de meeste sterren bestaan uit waterstof en helium,
met niet veel meer dan sporen van andere elementen. In WR-sterren daarentegen
ontbreekt het waterstof vrijwel geheel en zijn er grote hoeveelheden stikstof en/of koolstof
en zuurstof.
WR-sterren zijn aan het einde van hun toch al korte leven, en zullen exploderen in een
supernova. Een WR-ster heeft ook een zeer grote kans om ineen te storten tot een zwart
gat.
2p
21 Beschrijf het verschil tussen een supernova en een zwart gat.
Een van de WR-sterren heeft een massa van 4,9.1031 kg en een straal van 2,1.109 m.
2p 22 Bereken de gemiddelde dichtheid van deze Wolf-Rayet ster.
De uitgestraalde energie per vierkante meter per seconde is op de oppervlakte van deze
ster 4,2.1031 W/m2s.
2p 23 Bereken de effectieve oppervlaktetemperatuur van deze ster met behulp van de formule
q = σ T4, waarbij q de uitgestraalde energie per vierkante meter per seconde is en σ de
constante van Stefan-Boltzmann uit BINAS tabel 7.
9
lees verder ►►►
Wijn en hars
Een Perzische fabel zegt dat wijn is ontdekt door een prinses die uit de gunst was geraakt
van de koning. Zij werd daar zo verdrietig van dat ze besloot een eind aan haar leven te
maken door bedorven druiven te eten. Ze stierf echter niet, maar werd juist heel vrolijk.
Daarna raakte ze versuft en viel in slaap. Toen ze wakker werd, voelde ze zich prima en
besloot vaker van zulke druiven te eten. Doordat ze daarna steeds zo vrolijk was, kwam ze
opnieuw in de gunst van de koning.
1p
24 Geef aan welke omzetting in druivensap verantwoordelijk is voor het boven beschreven
effect.
De hierboven beschreven ontdekking is een voorbeeld van serendipiteit: op zoek naar een
bepaald iets (bij de prinses de dood) ontdek je heel iets anders (de vrolijk makende effecten
van gegist druivensap).
1p 25 Noem een ander voorbeeld van serendipiteit in de wetenschap.
1p
26 Leg uit dat het voor serendipiteit niet goed is dat in onze tijd vooral projecten worden
gesubsidieerd die precies hebben vastgelegd welk probleem er moet worden opgelost.
1p
27 Hoe komt het dat druivensap zoeter is dan wijn?
2p
28 Noem twee manieren waarop men een zoetere wijn dan normaal kan produceren.
Wijn heeft normaal gesproken een alcoholpercentage van 5-14%. Is het percentage hoger,
dan is dat niet veroorzaakt door gisting, maar door bijvoorbeeld het toevoegen van alcohol
van buitenaf.
1p 29 Leg uit welk probleem er ontstaat voor het gistingsproces bij hoge percentages alcohol.
Bij gisting wordt een fles met druivensap afgesloten met een waterslot.
2p 30 - Wat zou er gebeuren als je de fles niet zou afsluiten?
- En wat zou er gebeuren als je de fles met een kurk zou afsluiten?
10
einde ■

Download Report