Natuurkunde basisschool en onderbouw · Grades 1–9
25Magneten en het kompas
Jaren geleden ontdekte je dat de twee uiteinden van een magneet verschillen: zo klikken twee magneten aan elkaar, omgedraaid duwen ze elkaar weg. We beloofden dat die uiteinden namen hadden en een beroemde taak — reizigers de weg wijzen over de hele wereld. Vandaag lossen we die belofte in: welkom bij de polen, en bij het kleine instrument dat elke ontdekkingsreiziger vóór de satellieten de weg wees.
25.1 De twee polen
Definitie 25.1 (Polen)
De twee bijzondere uiteinden van een magneet — waar zijn aantrekking het sterkst is en waar de paperclips samenklitten — zijn zijn polen. Ze heten de noordpool (vaak rood geverfd, gemerkt met N) en de zuidpool (gemerkt met Z). Elke magneet heeft ze allebei: van elk één, altijd.
Propositie 25.2 (De poolregel)
Ongelijke polen trekken elkaar aan: N klikt aan Z. Gelijke polen stoten elkaar af: N duwt N weg, Z duwt Z weg. Deze ene regel verklaart elke klik en elke veerkrachtige weigering die je ooit tussen twee magneten hebt gevoeld.
Voorbeeld 25.3 (Oude proeven herlezen)
Toen je twee magneten aan elkaar klikten, stond een N tegenover een Z. Toen ze veerkrachtig weigerden, stond N tegenover N (of Z tegenover Z). En de paperclips klitten altijd aan de uiteinden samen omdat de polen de plek zijn waar de kracht van een magneet woont — zijn midden is de rust daartussen.
25.2 De Aarde is een magneet
Voorbeeld 25.4 (De grootste magneet van allemaal)
Hang een staafmagneet aan een draadje zodat hij vrij kan draaien, wacht tot hij tot rust komt — en er gebeurt iets prachtigs: hij komt altijd dezelfde kant op tot stilstand, met de ene pool naar het verre noorden van de wereld en de andere naar het verre zuiden. Er moet een reusachtige, onzichtbare magneet zijn die zijn polen in het gelid trekt. Die reus is de Aarde zelf: onze hele planeet is een magneet, met haar magnetische polen vlak bij de top en de onderkant van de wereldbol.
Definitie 25.5 (Kompas)
Een kompas is een kleine, lichte magneetnaald die op een fijn draaipunt balanceert zodat ze vrij kan zwaaien. Met rust gelaten gehoorzaamt de naald aan de Aardmagneet: haar gemerkte uiteinde komt naar het noorden wijzend tot rust. Onder de naald laat een roos de vier windstreken zien: noord, oost, zuid, west.
Methode 25.6 (Een kompas gebruiken)
- Houd het kompas vlak en stil, ver van magneten en grote ijzeren dingen (hekken, auto’s — die leiden de naald af);
- wacht tot de naald stopt met zwaaien;
- draai de kompasroos voorzichtig tot haar N onder het gemerkte uiteinde van de naald ligt;
- lees je richtingen af: met je gezicht naar het noorden ligt oost rechts, west links en zuid in je rug.
Controleer het aan de hemel: hier wijst de middagschaduw uit het zonnewijzerhoofdstuk naar het noorden — schaduw en naald horen het eens te zijn.
Voorbeeld 25.7 (Maak er zelf een)
Strijk twintig keer met één pool van een magneet over een stalen naainaald, altijd dezelfde kant op, en til de magneet tussen de streken door van de naald af: de naald wordt zelf een kleine magneet. Leg haar voorzichtig op een plakje kurk dat in een kom water drijft — en kijk hoe de kurk langzaam draait tot de naald noord–zuid wijst. Je hebt het kompas van de zeelieden van duizend jaar geleden gebouwd.
Opmerking 25.8 (Het instrument dat de oceanen opende)
Vóór het kompas bleven zeelieden dicht bij de kust en baden ze om heldere nachten om op de sterren te varen. Met een drijvende naald konden ze koers houden door mist, storm en maanloos donker — over hele oceanen. Weinig instrumenten hebben de kaart van de wereld zo grondig hertekend. En één raadsel bleef eeuwenlang open: waarom gedraagt de Aarde zich als een magneet? Het volledige verhaal wacht in de universitaire jaren van deze cursus — het wachten is het waard.
25.3 Oefeningen
Oefening 25.1 ★
Wat zijn de polen van een magneet, en hoe heten ze? Waar op een staafmagneet klitten paperclips samen?
Oefening 25.2 ★
Formuleer de poolregel. Twee magneten klikken aan elkaar: welke polen stonden tegenover elkaar?
Oefening 25.3 ★
De Npool van de ene magneet nadert de Npool van een andere. Wat gebeurt er? En N naar Z toe?
Oplossing
Oplossing van Oefening 25.3.
N naar N: ze duwen elkaar weg (gelijke polen stoten af). N naar Z: ze trekken elkaar aan en klikken vast.
Oefening 25.4 ★
Waarom komt een vrij hangende staafmagneet altijd dezelfde kant op wijzend tot rust? Wat onthult dat over de Aarde?
Oefening 25.5 ★
Noem de vier windstreken op volgorde, te beginnen bij het noorden en met de klok mee. Wat ligt rechts van je als je naar het noorden kijkt?
Oplossing
Oplossing van Oefening 25.5.
Noord, oost, zuid, west. Met je gezicht naar het noorden ligt het oosten rechts.
Oefening 25.6 ★
Waarom moet je een kompas tijdens het aflezen weghouden van magneten, ijzeren hekken en auto’s?
Oefening 25.7 ★
Beschrijf hoe je van een naainaald een kompasnaald maakt, en hoe je haar zonder draaipunt vrij laat zwaaien.
Oplossing
Oplossing van Oefening 25.7.
Strijk twintig keer met één pool van een magneet in dezelfde richting over de naald, en til de magneet tussen de streken door op — ze wordt een klein magneetje. Leg haar op een plakje kurk dat in een kom water drijft: de drijvende kurk is een draaipunt van water, en de naald zwaait tot ze noord–zuid wijst.
Oefening 25.8 ★
Uit het zonnewijzerhoofdstuk: welke kant wijst de middagschaduw hier op? Hoe kun je daarmee een kompas controleren — of een verloren kompas vervangen?
Oefening 25.9 ★
Waarom was het kompas zo’n schat voor zeelieden, vergeleken met varen op de kustlijn of op de sterren?
Oplossing
Oplossing van Oefening 25.9.
Het werkt in mist, onder wolken, in maanloze nachten en ver van elke kust — de naald vraagt niets aan de hemel. Zeelieden konden eindelijk in elk weer koers houden over open oceanen.
Oefening 25.10 ★★
Een wandelaarster loopt naar een berghut die pal noord ligt. Haar kompasnaald, netjes gehouden, wijst naar de riemgesp van haar vriend in plaats van naar het noorden zodra hij dicht aan haar linkerkant loopt. Wat gebeurt er, welke kant dreigt ze af te dwalen, en wat is de oplossing in één stap?
Oplossing
Oplossing van Oefening 25.10.
De ijzeren riemgesp van haar vriend overtreft van dichtbij de Aardmagneet: de naald wijst naar de gesp en niet naar het noorden. Als ze hem gelooft, dwaalt ze af — het valse “noorden” ligt aan haar linkerkant, dus zou ze haar pad naar links buigen, naar het westen. De oplossing: lees het kompas af uit de buurt van de gesp (een paar stappen ervandaan) en loop dan door.
Oefening 25.11 ★★
Een magneet wordt tussen zijn twee polen doormidden gezaagd, in de hoop een losse N in de ene hand en een losse Z in de andere te krijgen. De overlevering van de zeelieden — en elke proef die ooit gedaan is — zegt dat elke helft een compleet klein magneetje met beide polen blijkt te zijn. Toets die bewering in gedachten met het recept voor de kompasnaald: de gestreken naainaald is kort — heeft ze één pool of twee? Wat suggereert dat over het jagen op een losse pool door te snijden?
Oplossing
Oplossing van Oefening 25.11.
De korte gestreken naald heeft twee polen — haar uiteinden gedragen zich als N en Z (laat twee van zulke naalden drijven en ze klikken kop aan staart vast, met de ongelijke uiteinden naar elkaar toe). Een magneet korter maken haalt er dus geen pool af, en er een doormidden snijden maakt gewoon twee complete korte magneten: de jacht op een losse pool door te snijden houdt nooit op — elke snee geeft je allebei de polen terug.