Een bekend practicum in de tweede klas is het trillende zaagblad, een van de practica over geluid in de lesmethode Nova NaSk. In dit practicum wordt het uiteinde van een stalen zaagblad in een statief gemonteerd, waarna het vrije uiteinde met een daarop aangebrachte massa in trilling kan worden gebracht. Een stalen zaagblad heeft namelijk een goede verende werking.
Dit artikel is geplaatst in editie 10 van de NVOX uit 2022, het vakblad van de Nederlandse Vereniging voor het Onderwijs in de Natuurwetenschappen (NVON)
De onderzoeksvraag die in dit onderzoek centraal staat is: “Hoe hangt de frequentie van een trillend zaagblad af van de massa aan het uiteinde van het blad?”. De leerlingen gaan deze massa dus veranderen. Door het meten van de trillingstijd kan uiteindelijk de frequentie bepaald worden.
Dit practicum is op onze school een klassieker, omdat de uitvoering voor de leerling niet complex is en de focus daardoor gelegd kan worden op de onderzoeksvaardigheden van de leerling. Zo stellen de leerlingen voorafgaand aan het experiment al een hypothese op. Via het experiment en de verdere verwerking tot een grafiek, gaan de leerlingen antwoord geven op de onderzoeksvraag en hun hypothese toetsen. Dit alles wordt vastgelegd in een compact practicumverslag.
Voordat de leerlingen gaan starten met het experiment, wordt met de klas besproken hoe we kunnen zorgen voor een nauwkeurig en zo betrouwbaar mogelijk resultaat. Een juiste meting van de trillingstijd is daarbij cruciaal. We gebruiken voor deze meting een klassieke stopwatch. In het onderwijsleergesprek komen de leerlingen meestal al snel tot de conclusie dat de trillingstijd meerdere keren gemeten moet worden, omdat hiermee fouten uitgemiddeld worden. De leerlingen krijgen daarom de opdracht iedere meting drie keer uit te voeren. Vaker meten is natuurlijk nog beter, maar dan past de uitvoering van het practicum niet meer in een lesuur.
Lastiger vinden de leerlingen het om te bepalen waar deze (on)nauwkeurigheid in de meting van de tijd door bepaald wordt. Door de juiste vragen te stellen, willen we met de leerlingen tot de conclusie komen dat het starten en stoppen van de tijdmeting de grootste kans op fouten geeft. Oftewel: we moeten in de metingen het aantal start- en stopmomenten beperken. Dit gaan we bereiken door niet de tijd van één trilling, maar van tien trillingen te meten en hiervan de gemiddelde trillingstijd te berekenen.
Een tweede probleem is dat het zaagblad na loslaten niet altijd netjes en rustig trilt. Na een paar trillingen gaat het zaagblad meestal wel gelijkmatig op en neer. Door het zaagblad voorafgaand aan de meting al in trilling te brengen en de meting pas te starten als het zaagblad netjes en rustig trilt, wordt de nauwkeurigheid dus verder verbeterd. Een derde probleem is dat leerlingen de meting vaak samen willen uitvoeren: de ene leerling laat het zaagblad los, terwijl de tweede leerling de tijdmeting uitvoert. Precies tegelijk starten is erg moeilijk en geeft een afwijking in de meting. Door het zaagblad al eerder te laten trillen, is ook dit probleem meteen opgelost.
Wanneer alle metingen uitgevoerd zijn, gaan de leerlingen aan de slag met het uitrekenen van de trillingstijd en de frequentie. Daarna wordt deze informatie verwerkt in een grafiek met trendlijn, waarbij opnieuw het gesprek zal ontstaan over nauwkeurigheid en het verschil tussen wiskunde en natuurkunde bij het maken van een grafiek. Waarom trekken we de lijn niet precies door alle punten van de grafiek? Ook dit levert een mooi gesprek op met de klas.
Met dit experiment willen we de leerlingen al vroeg kennis laten maken met het uitvoeren van experimenten, maar vooral met het kritisch nadenken over en bezig zijn met de nauwkeurigheid van een meting en de uitkomsten. In het verslag willen we dit dus ook teruglezen. Met deze extra aandacht in de onderbouw, zien we dat experimenten en verslagen in de bovenbouw van hogere kwaliteit zijn.
Download artikel: Het trillende zaagblad NVOX