Natuurkunde basisschool en onderbouw · Grades 1–9

29Energie in het dagelijks leven

Een opwindbaar speeltje scharrelt over de vloer, wordt langzamer en stopt — tot je het opnieuw opwindt. Een zaklamp wordt zwakker naarmate haar batterijen moe worden. Zelf ben je vóór de lunch al door je puf heen. Alles wat beweegt, schijnt, klinkt of verwarmt lijkt iets uit te geven. De natuurkunde heeft een naam voor dat iets, en het is misschien wel het belangrijkste woord van dit hele boek: energie.

29.1 Het iets dat dingen voor elkaar krijgt

Definitie 29.1 (Energie)

Energie is wat er nodig is om dingen te laten gebeuren: om dingen in beweging te zetten, ze op te tillen, ze te verlichten, ze te verwarmen, ze te laten klinken. Niets rijdt, gloeit of groeit zonder dat er energie aan wordt uitgegeven — en wie uitgeeft moet eerst energie hebben om uit te geven.

Definitie 29.2 (Energievoorraden)

Een energievoorraad is alles wat energie klaar houdt voor gebruik. De grote alledaagse voorraden: voedsel (de brandstof van je lichaam), brandstoffen als hout en benzine, opgeladen batterijen, een opgewonden veer, water dat hoog achter een dam staat — en de hete Zon, die de hele dag gratis energie over alles uitgiet.

Voorbeeld 29.3 (Zoek de voorraad)

Achter elk ding dat gaat, zit een voorraad. Het scharrelende speeltje: zijn opgewonden veer. De zaklamp: haar batterijen. De auto: de brandstof in zijn tank. Jij: je ontbijt. De zeilboot: de bewegende lucht van de wind. Zodra de voorraad leeg is — veer afgelopen, batterijen leeg, tank droog, lunchtijd nabij — houdt het gaan op.

Opmerking 29.4 (Geen voeding, geen gang)

Eeuwenlang joegen uitvinders op machines die eeuwig op niets zouden draaien — wielen die zichzelf laten draaien, klokken die nooit opgewonden hoeven te worden. Elk van hen mislukte. Hun mislukking is een van de diepste lessen van de natuurkunde: energie wordt nooit uit het niets getoverd. Wat draait, wordt gevoed — vind de voorraad, en je begrijpt de machine.

29.2 Energie verandert van vorm

Voorbeeld 29.5 (Vormen van energie)

Energie laat zich in verschillende vormen zien: bewegingsenergie in de rollende bal en de waaiende wind; lichtenergie die uit lamp en Zon stroomt; warmteenergie in alles wat warm is; elektrische energie die door draden reist; opgeslagen energie die rustig wacht in voedsel, brandstof, veren en opgetilde dingen. Hetzelfde iets, vele vormen.

Propositie 29.6 (De energieketen)

Telkens als er iets gebeurt, wordt er energie uit een voorraad gehaald en doorgegeven, meestal terwijl ze onderweg van vorm verandert. Ze wordt nooit uit niets gemaakt — en ook nooit echt vernietigd: wat een machine “opmaakt” is alleen maar doorgegeven, en eindigt vroeg of laat meestal als milde warmte die zich in de omgeving verspreidt.

Methode 29.7 (Een energieketen lezen)

Om een apparaat te begrijpen, volg je zijn keten:

zoek de voorraad waar de energie vandaan komt;
zoek de omzetter — het onderdeel waar de energie van vorm verandert;
noem de vormen die eruit komen — de nuttige, en de warmte die ernaast weglekt.

De zaklamp, uitgetekend: batterij (voorraad) $\to$ lampje (omzetter) $\to$ licht (nuttig) $+$ een beetje warmte (het lek — voel maar aan het lampje).

De energieketen van de zaklamp: opgeslagen energie wordt licht — en er glipt altijd een beetje warmte naast weg.

Voorbeeld 29.8 (Overal ketens)

Je ochtendrit, uitgetekend: ontbijt (voorraad) $\to$ je spieren (omzetter) $\to$ beweging van de fiets $+$ warmte (die voel je — je gloeit). Het windpark: bewegende lucht $\to$ draaiende bladen $\to$ elektrische energie in de draden $\to$ licht in jouw lamp vanavond. De dam: hoog water $\to$ vallend water laat de turbines draaien $\to$ elektrische energie. Lange ketens zijn gewoon korte aan elkaar geregen: vorm na vorm na vorm.

Een energieketen die je vanaf de weg kunt zien: bewegende lucht laat de bladen draaien, en de turbines sturen elektrische energie de draden in.

29.3 De Zon aan het hoofd van de tafel

Voorbeeld 29.9 (Bijna elke keten begint bij de Zon)

Volg de meeste ketens achterwaarts en je komt bij de Zon uit. Het ontbijt? Planten hebben het laten groeien door zonlicht op te vangen; je muesli is zonneschijn in een pak. Wind? De Zon verwarmt de landen ongelijkmatig, en de opgeroerde lucht is wind — dus zelfs zeilboten lopen op zonlicht. Hout? Zonlicht opgeslagen door bomen. Het hoge water van de dam? De Zon heeft het opgetild: ze liet de zee verdampen, en de damp regende op de bergen. Zonnepanelen slaan alleen de tussenpersonen over.

Twee ketens teruggevolgd naar hun bron: ontbijt en wind beginnen allebei bij de Zon.

Opmerking 29.10 (Een woord dat we nog scherper maken)

Voorlopig is energie een goed verteld verhaal: voorraden, vormen, ketens. Kun je haar ook meten, zoals lengte in meters en massa in grammen? Dat kan — energie heeft haar eigen eenheid en haar eigen precieze boekhouding, en die komen verderop in dit boek, zodra je snelheid en kracht goed hebt leren kennen. De ketens die je dit jaar volgt zijn de kaart; de getallen komen daar later op wonen.

29.4 Oefeningen

Oefening 29.1 ★

Wat is energie, in de woorden van dit hoofdstuk? Noem vier dingen die zonder haar niet kunnen gebeuren.

Oplossing

Oplossing van Oefening 29.1.

Energie is wat er nodig is om dingen te laten gebeuren. Zonder haar kan er niets bewegen, opgetild worden, schijnen, opwarmen of klinken — vier daarvan.

Oefening 29.2 ★

Zoek de voorraad: een scharrelend opwindmuisje; een fietser; een kampvuur; een zeilboot; een zaklamp.

Oplossing

Oplossing van Oefening 29.2.

De opgewonden veer; het voedsel van de fietser; het brandende hout; de bewegende lucht van de wind; de batterijen.

Oefening 29.3 ★

Noem vijf vormen van energie, met van elk één voorbeeld uit je eigen dag.

Oplossing

Oplossing van Oefening 29.3.

Beweging (de rollende bal), licht (de lamp), warmte (het warme bad), elektrisch (de draden naar de broodrooster), opgeslagen (het ontbijt, een batterij, een opgewonden veer).

Oefening 29.4 ★

Volg de energieketen van een broodrooster, zoals in Methode 29.7: voorraad, omzetter, vormen eruit.

Oplossing

Oplossing van Oefening 29.4.

Elektrische energie uit het stopcontact (verderop in de keten gevoed door de voorraad van een elektriciteitscentrale) $\to$ de gloeiende draadjes in de broodrooster (omzetter) $\to$ warmte naar het brood — met een beetje licht, de oranje gloed, ernaast.

Oefening 29.5 ★

Volg de keten van het meer achter een dam tot je leeslamp van vanavond.

Oplossing

Oplossing van Oefening 29.5.

Hoog water (voorraad) $\to$ vallend water laat de turbine draaien (omzetter) $\to$ elektrische energie in de draden $\to$ de lamp (tweede omzetter) $\to$ licht, plus een beetje warmte.

Oefening 29.6 ★

Een telefoon “sterft”. Wat is er werkelijk op? Waar is die energie gebleven, volgens de propositie over de keten?

Oplossing

Oplossing van Oefening 29.6.

Zijn batterijvoorraad is leeggeraakt. De energie is niet vernietigd: ze is langs de ketens van de dag uitgegeven — het scherm verlichten, geluid maken — en is uitgespreid geëindigd als milde warmte in de telefoon en de kamer.

Oefening 29.7 ★

Waarom wordt een laptop vanonder warm terwijl je hem gebruikt? Welke schakel van de keten laat zich zien?

Oplossing

Oplossing van Oefening 29.7.

Het lek: elke omzetter geeft naast zijn nuttige werk wat energie als warmte door. De chips van de laptop zetten elektrische energie om, en de warmte aan de onderkant is het onvermijdelijke zijkanaal van de keten.

Oefening 29.8 ★

Laat zien dat een zeilboot op zonlicht loopt, door zijn keten stap voor stap achterwaarts te volgen.

Oplossing

Oplossing van Oefening 29.8.

De zeilen worden geduwd door de wind; wind is lucht die in beweging is gebracht doordat de Zon landen en zeeën ongelijkmatig verwarmt; dus komt de bewegingsenergie van de boot, twee schakels terug, van zonlicht.

Oefening 29.9 ★★

Een uitvinder kondigt een lamp aan die “geen batterij, geen stekker, geen brandstof nodig heeft — ze schijnt gewoon eeuwig”. Welke les uit Opmerking 29.4 tart die aankondiging? Welke vraag stel je de uitvinder als eerste?

Oplossing

Oplossing van Oefening 29.9.

Dat energie nooit uit het niets wordt getoverd — wat draait, wordt gevoed. Eerste vraag: “Wat is de voorraad, en waar tapt de lamp eruit?” Heeft de uitvinder geen antwoord, dan hoort de lamp bij de eeuwige wielen: in de la van de beroemde mislukkingen.

Oefening 29.10 ★★

Een rubberen bal die je vanaf schouderhoogte laat vallen stuitert steeds lager en blijft ten slotte stilliggen. “Zijn energie is vernietigd,” zegt Leo. Gebruik Propositie 29.6 om een beter einde van het verhaal te verdedigen — in welke uiteindelijke vorm is de stuiterenergie weggeglipt?

Oplossing

Oplossing van Oefening 29.10.

De energie is doorgegeven, niet vernietigd: elke stuiter gaf een deel van de bewegingsenergie van de bal uit aan het indeuken van de bal en het wrijven langs lucht en vloer, en al die betalingen eindigen als een fluistering warmte in bal, vloer en lucht. Te ver uitgespreid om te verzamelen, maar niet verdwenen.

Oefening 29.11 ★★

Sommige huizen verwarmen water in zwarte panelen op het dak; sommige mensen koken met zonlicht en gebogen spiegels; zonnecellen maken elektriciteit uit daglicht. Leg de zin “zonnepanelen slaan alleen de tussenpersonen over” uit Voorbeeld 29.9 uit: welke tussenpersonen staan er tussen de Zon en de warmte van een houtvuur?

Oplossing

Oplossing van Oefening 29.11.

Tussen de Zon en het houtvuur staan de tussenpersonen: bomen, die jarenlang zonlicht hebben opgevangen en als hout opgeslagen, en het vuur dat die voorraad ten slotte uitpakt. Het paneel op het dak neemt de energie van het zonlicht rechtstreeks — geen boom, geen jaren, geen vuur.

Begrippen gedefinieerd in dit hoofdstuk

Bekijk alle 393 begrippen in de begrippenlijst