opgave 1Opgave 1 Slijtage bovenleiding









Lees het onderstaande artikel. artikel Energie uit radioactiviteit gewone batterijen meegegeven als Opmerkelijk hoe weinig verontwaardigd er begin deze week is gereageerd op het terugstorten van de Russische ruimtesonde Mars-96 waarbij vier kleine capsules met plutonium-238 in zee vielen: in totaal 270 gram van een isotoop die gerekend wordt tot de gevaarlijkste elementen op aarde. nu de ’plutoniumbatterijen’ die gewoonlijk met Veruit de meeste satellieten en ruimtesondes gebruiken zonnepanelen als elektriciteitsbron, maar er is een aantal situaties waarin toe- passing van zonnepanelen bezwaarlijk is. Bijvoorbeeld als heel veel elektrisch vermogen nodig is. Maar ook als een satelliet zo laag rond de aarde vliegt dat zonnepanelen teveel wrijvingsweerstand van de dampkring zouden ondervinden. Een derde situatie doet zich voor als een satelliet zo ver van de zon verwijderd is dat er te weinig zonlicht is. Een ruimtesonde die terugstort naar de aarde wordt bij het binnenkomen van de dampkring sterk afgeremd en verbrandt daarbij voor een groot deel.

Noem de energieomzettingen die plaatsvinden als een ruimtesonde de dampkring binnenkomt. In het artikel wordt gesproken over de gunstige energie-massa verhouding van nucleaire energiebronnen aan boord van een ruimtesonde. Hiermee wordt bedoeld dat er veel energie geleverd wordt door een energiebron met een kleine massa.

Leg uit waarom in de ruimtevaart een gunstige energie-massa verhouding belangrijk is. Het in het artikel genoemde plutonium kan in totaal 6,1·10 11 J aan energie produceren. De RTG’s aan boord van de sonde zetten deze energie om in elektrische energie. Neem aan dat het rendement van deze energieomzetting 6,8% is en dat het elektrisch vermogen van de RTG’s constant 20 W is.

Bereken hoeveel jaar deze RTG’s dan elektrische energie zouden kunnen leveren. De apparatuur van een waarnemingssatelliet, die een groot aantal jaren buiten de dampkring om de aarde zal draaien, moet van energie worden voorzien. Er moet een keuze worden gemaakt tussen een energievoorziening met zonnepanelen en een energievoorziening met RTG’s. Er wordt gekozen voor zonnepanelen.



Keitje ketsen is een spelletje waarbij je een steentje zodanig over het water gooit dat het een paar maal op het wateroppervlak stuitert (ketst) voordat het zinkt. Ketsen lukt het best met een plat steentje. Jan gooit een steentje dat ketst. Zie figuur 3. In deze figuur is de baan van het steentje met een streepjeslijn aangegeven; de figuur is niet op schaal. K 1 , K 2 en K 3 zijn de plaatsen waar het steentje in contact is met het water. figuur 3 Het steentje dat Jan gooit, heeft een massa van 32 gram. Het verlaat zijn hand in horizontale richting met een snelheid van 8,2 m/s. Het vertrekpunt van het steentje ligt op 1,09 m boven het wateroppervlak. De luchtwrijving is te verwaarlozen.











Lasers worden onder andere gebruikt als operatiemes. Het laserlicht moet dan van de laser naar de huid van de patiënt worden geleid. Daarvoor gebruikt men de opstelling van figuur 6. De evenwijdige bundel laserlicht brengt men met behulp van een positieve lens in het punt P samen. Zie ook figuur 7. P ligt midden op een glasvezelkabel die ervoor zorgt dat het licht naar de zogenaamde tip wordt geleid. Deze tip plaatst men vlakbij de huid van de patiënt. figuur 6 figuur 7 Figuur 7 is op schaal getekend. De diameter van de glasvezelkabel is in werkelijkheid 0,70 mm.

Bepaal met behulp van figuur 7 de brandpuntsafstand van de lens. Als de laserbundel niet precies evenwijdig is maar een beetje divergent, dan komt de bundel niet meer in punt P samen maar ontstaat er een lichtvlek op de glasvezel. In één van de figuren 8A en 8B is het verloop van de bundel juist weergegeven. figuur 8A figuur 8B


In figuur 9 is te zien hoe het laserlicht de glasvezel ingaat. Lichtstraal 1 die onder een hoek a max binnenvalt, wordt gebroken op het grensvlak tussen lucht en het materiaal van de glasvezel.Vervolgens kaatst deze lichtstraal terug tegen de coating die zich rondom de glasvezel bevindt. Om zoveel mogelijk licht aan het uiteinde van de glasvezel te krijgen moet de terugkaatsing aan het grensvlak van glasvezel en coating volledig zijn. De hoek a max waaronder een lichtstraal op de glasvezel mag vallen, wordt ook wel de acceptatiehoek genoemd.Als een lichtstraal onder deze hoek op de glasvezel valt, is binnen de glasvezel de hoek van inval (en terugkaatsing) bij de coating precies gelijk aan de grenshoek g . figuur 9 Figuur 9 is op de bijlage vergroot weergegeven. In de figuur is ook een tweede lichtstraal (2) getekend.

Schets, zonder berekening, in de figuur op de bijlage hoe die lichtstraal 2 gebroken wordt en leg met behulp van de tekening uit of die lichtstraal vervolgens bij de coating wel of niet volledig wordt teruggekaatst. Aan het einde van de glasvezelkabel zit de tip die van een ander materiaal is gemaakt dan de glasvezel. De tip kan bolvormig zijn zoals in figuur 6 maar ook spits zoals in figuur 10. In figuur 10 is te zien hoe een lichtstraal de tip verlaat. figuur 10 Figuur 10 is vergroot op de bijlage weergegeven.

Bepaal met behulp van de figuur op de bijlage de brekingsindex van het materiaal van de tip. Geef de uitkomst in twee significante cijfers. Als men de tip bij de huid van de patiënt houdt, zal de huid op die plek sterk verhit worden. De tip kan zo gebruikt worden om in de huid van de patiënt te snijden. De lichtbundel die uit de tip komt, heeft een vermogen van 48 W. Men richt de bundel op de huid. Het stukje huid dat dit laserlicht absorbeert, heeft een massa van 0,80 gram. De soortelijke warmte van huid is 3,7·10 3 Jkg - 1 K - 1 . Neem aan dat al het laserlicht door dit stukje huid wordt geabsorbeerd.



































