Lichtsnelheid berekenen met hagelslag en kaas

In dit verslag kunt u lezen hoe wij met behulp van een magnetron en chocolade hagelslag de lichtsnelheid berekenen. Wij hebben dit practicum gedaan omdat we hoorde dat het mogelijk is om de lichtsnelheid te berekenen met behulp van chocolade, wij waren hier erg in geïnteresseerd en besloten om hier meer onderzoek naar te doen.

Uiteindelijk hebben we kaas gebruikt om de lichtsnelheid te berekenen.

Doelen:

• De lichtsnelheid bereken met behulp van hagelslag in een magnetron;
• Bekijken of het soort magnetron uitmaakt voor de nauwkeurigheid;
• Chocola eten.

Hypothese/verwachtingen:

We verwachten dat de lichtsnelheid die we in het practicum berekenen in de buurt zal zitten van 299.792.458 m/s, dit is namelijk de werkelijke lichtsnelheid.

Verder verwachten we dat het soort magnetron niet uit zal maken voor de nauwkeurigheid.

Benodigdheden:

• Hagelslag (verschillende soorten)
• Kaas
• 2 magnetrons
• Keukenpapier
• Bord
• Liniaal
• Elektriciteit
• Rekenmachine

Werkwijze:

1. Verzamel alle benodigdheden;
2. Verwijder de draaiplaat uit de magnetron;
3. Strooi de hagelslag op het keukenpapier, zorg ervoor dat het een gelijkmatige laag hebt;
4. Leg het keukenpapier met de hagelslag in de magnetron;
5. Zet de magnetron op vol vermogen totdat de chocola smelt;
6. Kijk of er 2 of meer smeltplekken in de chocolade zitten;
7. Haal het keukenpapier met de hagelslag uit de magnetron;
8. Meet de afstand tussen de smeltplekken;
9. Kijk hoeveel Hz de magnetron heeft, dit staat waarschijnlijk niet in Hz op de magnetron aangegeven dus dit moet je eerst omrekenen;
10. Eet de chocola op;
11. Herhaal stap 2 t/m 12 met andere hagelslag;
12. Als de hagelslag niet smelt, zoals bij ons, gebruik dan iets anders dat wel smelt, bijvoorbeeld kaas.
13. Leg de kaas, of het voedsel dat je hebt gekozen, op een bord en zet deze kort in de magnetron, totdat het gedeeltelijk is gesmolten. Het is misschien nodig om het bord op wat keukenpapier te zetten om te zorgen dat hij stabiel in het midden van de magnetron kan staan;
14. Meet de afstand tussen twee gesmolten plekken op;
15. Voer het practicum hierna nogmaals uit met een andere magnetron, dit zijn dus stappen 2 t/m 14;
16. Kijk hoeveel Hz magnetron 2 heeft, dit staat waarschijnlijk niet in Hz op de magnetron aangegeven dus dit moet je eerst omrekenen;
17. Gebruik de formule v=f(Hz)*λ(m) f= het aantal Hz, λ= is de lengte tussen de twee gaten keer 2 (spreek uit: Labda);
18. Vergelijk de gevonden lichtsnelheid met de echte lichtsnelheid(299.792.458 m/s);
19. Vergelijk de twee gevonden waardes;
20. Vergelijk de verschillende resultaten van de verschillende magnetrons;
21. Plaats de draaiplaat terug in de magnetron en ruim alles op.

Resultaten en waarnemingen:

Na uitvoerig proberen zijn we tot de conclusie gekomen dat chocolade hagelslag, of vruchthagelslag niet smelt in de magnetron. Wij hebben besloten om de proef met kaas uit te voeren. Wij hebben hiervoor kaas gekozen omdat we daarvan zeker waren dat het zou smelten in de magnetron.

Kaas in magnetron 1:

f= 2450000000 Hz

λ= 6.1*2=12.2 cm = 0.122 m

v=0.122*2450000000= 2,99*10^8 m/s

De echte lichtsnelheid is 299 792 458 m/s.

We zitten er dus maar 0.3% vanaf.

Toen wij voor de eerste keer een bord met kaas in magnetron 2 deden, brak, tot onze grote schrik, het bord. Wij denken dat dit kwam doordat er een luchtbel in het bord zat wat door de hitte van de magnetron en de smeltende kaas uitzette, dit was waarschijnlijk de reden dat het bord brak.

Na deze schok gingen wij met extra voorzichtigheid verder. We besloten om de kaas een kortere tijd in de magnetron te doen omdat ons opgevallen was dat de kaas op het gebroken bord te veel verhit was, wat er voor had gezorgd dat de kaas helemaal gesmolten was.

Toen wij voor de tweede keer het practicum uitvoerde, met hetzelfde soort bord, kregen we aparte resultaten en was het voor ons niet mogelijk om de afstand tussen twee smeltplekken te bepalen.

We gaven echter niet op, we probeerden het practicum nog een keer, dit keer gebruikte we een ander soort bord. We beredeneerden namelijk dat het misschien aan het bord kon liggen, hier hebben wij echter geen bewijs voor.

De resultaten van magnetron 2:

f= 2 450 000 000 Hz

λ= 6.2*2=12.4 cm = 0.124 m

v=0.124*2 450 000 000= 3,04*10^8 m/s

De echte lichtsnelheid is 299 792 458 m/s.

We zitten er dus maar 1.3% vanaf.

Conclusies:

Na uitvoerig proberen zijn wij tot de conclusie gekomen dat hagelslag niet goed smelt in de magnetron, dit geldt in ieder geval voor kersthagel, pure hagelslag en vruchtenhagel in de desbetreffende magnetron.

De resultaten die wij bij dit practicum hebben verkregen verschilden per magnetron, maar dit hoeft niet iets te zeggen over de magnetron aangezien we beide practica maar 1 keer hebben uitgevoerd.

In beide gevallen zaten we in de buurt van de lichtsnelheid, het verschil is waarschijnlijk te danken aan het feit dat wij dit practicum niet heel nauwkeurig uit kunnen voeren. Dit komt waarschijnlijk door twee dingen, namelijk: het is lastig te bepalen waar de rand van het gesmolten gebied zit, dit komt doordat de kaas warm wordt op de plekken dat hij door de straling geraakt word en dit zorgt ervoor dat de kaas die er tegenaan zit ook smelt waardoor er een half gesmolten gebied is, ook bezitten wij niet over heel nauwkeurige apparatuur.

Na het doen van het practicum hebben wij onderzoek gedaan naar de theorie erachter. Wij hebben het volgende ontdekt:

De magnetron warmt het eten op met behulp van elektromagnetische straling, deze straling beweegt zich voort met de snelheid van licht. In de magnetron vormen deze golven een staande golf. Dit betekent dat op sommige plaatsen de amplitude van de golf altijd 0 is. Dit kun je het best zien op volgende link: http://scheikundejongens.nl/wp-content/uploads/2009/11/Standing_wave.gif  Op deze plekken raakt de straling het eten niet. Daarom heeft de magnetron een draaiende schijf, zodat je eten wel overal warm word. Als je deze draaischrijf weghaalt dan word het eten alleen verwarmd op de plekken dat de golven het eten wel raken smelt de kaas. Als je de afstand tussen twee smeltplekken meet dan heb eigenlijk de lengte van een halve golf. Voor alle soorten golven geldt dat hun snelheid het product is van hun golflengte en frequentie, v = λf. De frequentie van een magnetron kun je op de magnetron vinden en de golflengte is 2 keer de afstand tussen de smeltplekken. Het vermenigvuldigen van de twee levert dus de snelheid van de golf op en deze is gelijk aan de lichtsnelheid.

Vervolgonderzoek:

In ons practicum is ons opgevallen dat het proefje mislukte als we een bepaald bord gebruikte, daarom stellen wij als vervolgonderzoek voor om te onderzoeken of het gebruikte bord invloed heeft op de resultaten. Wij denken dat de beste manier om dit te testen zou zijn om het practicum meerdere keren uit te voeren en er hierbij op te letten dat alles exact hetzelfde gaat, behalve het gebruikte bord.

Bronvermelding:

• http://www.rug.nl/sciencelinx/proefjes/afleveringenoverzicht/aflevering011
• BINAS
• http://www.astroblogs.nl/2015/02/28/hoe-je-met-chocolade-en-een-magnetron-de-lichtsnelheid-kunt-meten/

http://scheikundejongens.nl/2009/11/een-magnetron-en-de-lichtsnelheid/