BIOFYSICA- TOEPASSINGEN 2025-2026
H4: DYNAMICA
TECHNISCHE TOEPASSING VAN DE 3E WET VAN NEWTON
- voortstuwing door raketten kan verklaard worden m.b.v. derde
wet van Newton: actie = reactie de raket oefent een grote
kracht uit op de hete gassen die naar buiten gestoten worden,
reactiekracht: de gassen oefenen een even grote
tegengestelde kracht uit op de raket.
de raket versnelt niet doordat de uitgestoten gassen zich tegen
de aarde afstoten
H5: NEWTON, WRIJVING, CIRKELVORMIGE BEWEGING & WEERSTAND
wetten van newton met wrijving
- miscroscopische studies naar de oorsprong van wrijving
- geen enkel voorwerp is glad; onderzoek heel scherpe tip
(naald) laten bewegen over oppervlak, op en neergaande
beweging wordt in beeld gebracht door computer
wrijvingskrachten in het menselijk lichaam
- probleem = frictie treedt op wanneer twee oppervlakken (zoals de
botuiteinden in een gewricht) langs elkaar bewegen, zonder
smering zou dit leiden tot snelle slijtage, pijn en oververhitting.
- oplossing = synoviale vloeistof bevindt zich in gewrichtsholte &
dient als smeermiddel om de wrijving te verminderen, deze heeft
een lage wrijvingscoëfficient en zo kunnen de gewrichten efficiënt
& met minimaal energieverlies bij beweging functioneren
lucht kan ook functioneren als smeermiddel
- hovercraft = voertuig dat over land & zee kan bewegen
zonder contact te maken met de ondergrond omdat het op
een luchtkussen zweeft
- er ontstaat een grote luchtdruk op de onderkant van het
voertuig door ventilatoren die lucht zuigen & blazen en zo is
de overdrok voldoende groot om het voertuig te doen
zweven en het dan zo zonder wrijving vooruit te duwen door
propellers en luchtroeren vergelijkbaar met de aandrijving
van een vliegtuig
Pagina 1 van 31
, - maglev = trein die gebruik maakt van magnetische krachten om voertuig zowel te
laten zweven als voort te bewegen & er is geen fysiek contact tussen de trein & de
baan, er is dus geen wrijving tussen materialen enkel met de lucht
eenparige cirkcelvormige bewegingen
- centrifuge om astronauten te laten wennen aan
versnellingen om zo het lichaam te trainen want ze moeten
30 keer de zwaartekracht aankunnen of ook gevechtspiloten
doen dit ook = apparaat dat extreme versnellingen en
krachten simuleert (G-krachten)
- capsule aan een lange arm die circkels zal draaien, de snelheid zal
opgevoerd worden waardoor de centripetale kracht die wordt
uitgeoefend op de persoon in de capsule zal toenemen
- centrifuge om bloed te centrifugeren om plasma te scheiden via
ladingsdichtheid (labo)
- bloedbuisjes in de centrifuge die een zeer grote centripetale snelheid creëerd
snelheid & weerstand
- Felix Baumgartner sprong als eerste van 36 km hoogte uit een vliegtuig met een
vrije val en bereikte zo een eindsnelheid van 1110 km/u
- hij kon zo een grote snelheid behalen omdat hij van extreem hoog (ijle lucht)
sprong en in de eerste paar luchtlagen tijdens zijn val heel weinig luchtweerstand
had kon hij al een hoge snelheid bereiken nog voordat de dichtere luchtlagen op
lagere hoogte hem begonnen te remmen
H8: BEHOUD VAN ENERGIE
zwaartekract potentiële energie
- heimachines/kranen: potentiële energie wordt opgeslagen
door zware massa's (m) naar een hoogte te tillen, die
vervolgens vallen en zo arbeid verrichten om zo funderingen
in de grond te kunnen slaan via een hamer effect (pot E omgezet in kin E)
- slingerklok: de opgetrokken gewichten (m) van de klok slaan potentiële energie op,
die langzaam door de zwaartekracht wordt vrijgegeven om het uurwerk constant
aan te drijven, periodische heen en weer gaande beweging van de slinger
- dam/stuwmeer (= hydro-elektriciteit): de grote massa water (m) die op hoogte (h)
wordt vastgehouden, bezit potentiële energie als dat water valt op een gecontroleerde
manier zet de potentiële energie om in kinetische energie, die een turbine (grote
dynamo) aandrijft om elektriciteit op te wekken (omgezet in elektrische E)
- spieren van mensen zien als elastisch media waarin we hoeveelheid potentiële
energie kunnen opslaan die ook kunnen vrijgegeven worden als kinetische energie
die zich uit in de vorm van beweging zoals bv springen
optimalisatie van beweging
Pagina 2 van 31
, - de beweging van een wielrenner analyseren door de krachten en hoeken op elk
punt te meten en zo te modelleren om zo te bepalen hoe de houding van de
wielrenner tov de luchtweerstand geminimaliseerd wordt & hoe de spieren de
maximale kracht op de pedalen kunnen uitoefenen hogere efficiëntie & zo max
uit de spierkracht halen en omzetten in kin E
vering van een auto: kinetische energie naar potentiële energie
- de veer van een auto absorbeert de energie van een stoot
(kinetische energie) en die word dan omgezet in het samendrukken
van een veer (potentiële energie)
- zonder demping zou de auto ongecontroleerd blijven oscilleren
- schokdemper zorgt ervoor dat de energie wordt omgezet in warmte
zodat de auto snel terug normaal kan rijden en niet blijft verder
trillen na bv een vluchtheuvel
- de vering van de auto bestaat dus uit de veer & demper
nobelprijs scheikunde voor berekening van atoomposities in een kristal
- als de interatomaire potentialen gekend zijn dan kunnen we ook de totale
potentiële energie van een atomair systeem kennen en dan met een krachtige
computer de atomaire structuur van een kristal berekenen
- via x-stralen de fractie gaan meten over hoe dat de atomen zitten in een kristal
potentiële energie om het gedrag & structuur van materialen op nanoschaal bestuderen
- computer zoekt de perfecte, stabiele rangschikking van de atomen (= laagst
mogelijke potentiële energie) en de berekening kan dan de uiteindelijke structuur
van een materiaal bepalen
- atomen staan nooit stil en de computer simuleert hoe de potentiële energie en
kinetische energie constant in elkaar overgaan zo het gedrag van materiaal
voorspellen belangrijk voor de broeikasgassen en toxische moleculen!
- men zoekt naar methodes om toxische gassen uit bv de uitlaat van de auto te halen
- toxische moleculen gaan zich binden aan een katalysator en we zijn wereldwijd
opzoek naar de geschikte om zo hun gedrag en impact te bepalen
- gebruikt om te kijken wanneer water in ijs verandert om dat complex kristal na te
gaan en zo te kijken van welke kristalstructuur ijs nu echt gemaakt is
in silico studies = voorspellen van gedrag van allerlei systemen (computer, chip =
silicum)
- simulaties maken van complexe modellen = belangrijk onderzoeksgebied om zo
griepvirussen etc (DNA) te bestuderen
- kijken hoe DNA zich gedraagt bij hogere temperaturen & zo kijken hoe DNA
vernietigd wordt (hoe de twee strengen zich ontwinden op moleculair niveau)
- 1 simulatie kan tot 200 miljoen atomen bevatten
- als we de structuur kennen dan weten we het functioneren van een molecule
arbeid door druk stoomtrein
Pagina 3 van 31
, - de grote technologische doorbraak van de 19e eeuw waar men warmte ging zien
als energie zorgde voor een belangrijke revolutie, spoorwegen ontwikkelen snel
- in een locomotief zit een grote hoeveelheid water en steenkool aan boord
- water warm stoken tot het stoom werd
- stoom heeft neiging om zich uit te zetten en de expansie
van het gas werd gebruikt om een zuiger in beweging te
brengen, de stoom wordt afwisselend van de ene naar de
andere kant van de zuiger gelaten de hoge druk duwt
zuiger heen & weer
- de heen & weer gaande beweging wordt via de
zuigerstang omgezet naar de drijfstand en zo omgezet in de roterende beweging
van de wielen
energie-omzettingen in het menselijk lichaam
- energie omzettingen in het menselijk lichaam = complex
- als we eten nemen we energie op die dan opgeslagen word in
chemische E
- als we bewegen of dagelijks word chemische E vrijgezet & een
deel wordt ‘verbrand’ door ons lichaam werking van het
metabolisme
- er komt warmte vrij & nog een deel rest (CO2) chemische E
H9: IMPULS
botsingen
- botsing = twee deeltjes of systemen botsen als ze tijdens hun onderlinge interactie
impuls en energie uitwisselen met elkaar
botsingen in een kernreactor
- in een kernreactor moeten snelle neutronen afgeremd worden en hier gebruiken
we moderatorstaven voor de snelle neutronen botsen met de atomen van de
moderratorstaven & moeten hierbij zoveel mogelijk kinetische energie afstaan
- we kiezen voor de moderatorstaven zeer licht materiaal want als je tegen lichter
materiaal botst zal de hoeveelheid impuls trasfereren en de kinetische energie zal
dalen (als we zacht tegen een bal sjotten dan krijgt deze ook een lagere snelheid)
- kernreactor = opwekken van energie door de kernen van deeltjes te spiltsen, die
energie onder de vorm van warmte wordt gebruikt om water te
verhitten tot stoom, deze stoom zal een grote turnbine aandrijven
en daar wordt dan elektriciteit mee geproduceerd
- om een kern te splitsen moeten we deze bombarderen met
neutronen, belanrgijk is dat hun snelheid laag genoeg is om ervoor
te zorgen dat er een kernsplitsing kan gebeuren, bij elke splitsing
Pagina 4 van 31
H4: DYNAMICA
TECHNISCHE TOEPASSING VAN DE 3E WET VAN NEWTON
- voortstuwing door raketten kan verklaard worden m.b.v. derde
wet van Newton: actie = reactie de raket oefent een grote
kracht uit op de hete gassen die naar buiten gestoten worden,
reactiekracht: de gassen oefenen een even grote
tegengestelde kracht uit op de raket.
de raket versnelt niet doordat de uitgestoten gassen zich tegen
de aarde afstoten
H5: NEWTON, WRIJVING, CIRKELVORMIGE BEWEGING & WEERSTAND
wetten van newton met wrijving
- miscroscopische studies naar de oorsprong van wrijving
- geen enkel voorwerp is glad; onderzoek heel scherpe tip
(naald) laten bewegen over oppervlak, op en neergaande
beweging wordt in beeld gebracht door computer
wrijvingskrachten in het menselijk lichaam
- probleem = frictie treedt op wanneer twee oppervlakken (zoals de
botuiteinden in een gewricht) langs elkaar bewegen, zonder
smering zou dit leiden tot snelle slijtage, pijn en oververhitting.
- oplossing = synoviale vloeistof bevindt zich in gewrichtsholte &
dient als smeermiddel om de wrijving te verminderen, deze heeft
een lage wrijvingscoëfficient en zo kunnen de gewrichten efficiënt
& met minimaal energieverlies bij beweging functioneren
lucht kan ook functioneren als smeermiddel
- hovercraft = voertuig dat over land & zee kan bewegen
zonder contact te maken met de ondergrond omdat het op
een luchtkussen zweeft
- er ontstaat een grote luchtdruk op de onderkant van het
voertuig door ventilatoren die lucht zuigen & blazen en zo is
de overdrok voldoende groot om het voertuig te doen
zweven en het dan zo zonder wrijving vooruit te duwen door
propellers en luchtroeren vergelijkbaar met de aandrijving
van een vliegtuig
Pagina 1 van 31
, - maglev = trein die gebruik maakt van magnetische krachten om voertuig zowel te
laten zweven als voort te bewegen & er is geen fysiek contact tussen de trein & de
baan, er is dus geen wrijving tussen materialen enkel met de lucht
eenparige cirkcelvormige bewegingen
- centrifuge om astronauten te laten wennen aan
versnellingen om zo het lichaam te trainen want ze moeten
30 keer de zwaartekracht aankunnen of ook gevechtspiloten
doen dit ook = apparaat dat extreme versnellingen en
krachten simuleert (G-krachten)
- capsule aan een lange arm die circkels zal draaien, de snelheid zal
opgevoerd worden waardoor de centripetale kracht die wordt
uitgeoefend op de persoon in de capsule zal toenemen
- centrifuge om bloed te centrifugeren om plasma te scheiden via
ladingsdichtheid (labo)
- bloedbuisjes in de centrifuge die een zeer grote centripetale snelheid creëerd
snelheid & weerstand
- Felix Baumgartner sprong als eerste van 36 km hoogte uit een vliegtuig met een
vrije val en bereikte zo een eindsnelheid van 1110 km/u
- hij kon zo een grote snelheid behalen omdat hij van extreem hoog (ijle lucht)
sprong en in de eerste paar luchtlagen tijdens zijn val heel weinig luchtweerstand
had kon hij al een hoge snelheid bereiken nog voordat de dichtere luchtlagen op
lagere hoogte hem begonnen te remmen
H8: BEHOUD VAN ENERGIE
zwaartekract potentiële energie
- heimachines/kranen: potentiële energie wordt opgeslagen
door zware massa's (m) naar een hoogte te tillen, die
vervolgens vallen en zo arbeid verrichten om zo funderingen
in de grond te kunnen slaan via een hamer effect (pot E omgezet in kin E)
- slingerklok: de opgetrokken gewichten (m) van de klok slaan potentiële energie op,
die langzaam door de zwaartekracht wordt vrijgegeven om het uurwerk constant
aan te drijven, periodische heen en weer gaande beweging van de slinger
- dam/stuwmeer (= hydro-elektriciteit): de grote massa water (m) die op hoogte (h)
wordt vastgehouden, bezit potentiële energie als dat water valt op een gecontroleerde
manier zet de potentiële energie om in kinetische energie, die een turbine (grote
dynamo) aandrijft om elektriciteit op te wekken (omgezet in elektrische E)
- spieren van mensen zien als elastisch media waarin we hoeveelheid potentiële
energie kunnen opslaan die ook kunnen vrijgegeven worden als kinetische energie
die zich uit in de vorm van beweging zoals bv springen
optimalisatie van beweging
Pagina 2 van 31
, - de beweging van een wielrenner analyseren door de krachten en hoeken op elk
punt te meten en zo te modelleren om zo te bepalen hoe de houding van de
wielrenner tov de luchtweerstand geminimaliseerd wordt & hoe de spieren de
maximale kracht op de pedalen kunnen uitoefenen hogere efficiëntie & zo max
uit de spierkracht halen en omzetten in kin E
vering van een auto: kinetische energie naar potentiële energie
- de veer van een auto absorbeert de energie van een stoot
(kinetische energie) en die word dan omgezet in het samendrukken
van een veer (potentiële energie)
- zonder demping zou de auto ongecontroleerd blijven oscilleren
- schokdemper zorgt ervoor dat de energie wordt omgezet in warmte
zodat de auto snel terug normaal kan rijden en niet blijft verder
trillen na bv een vluchtheuvel
- de vering van de auto bestaat dus uit de veer & demper
nobelprijs scheikunde voor berekening van atoomposities in een kristal
- als de interatomaire potentialen gekend zijn dan kunnen we ook de totale
potentiële energie van een atomair systeem kennen en dan met een krachtige
computer de atomaire structuur van een kristal berekenen
- via x-stralen de fractie gaan meten over hoe dat de atomen zitten in een kristal
potentiële energie om het gedrag & structuur van materialen op nanoschaal bestuderen
- computer zoekt de perfecte, stabiele rangschikking van de atomen (= laagst
mogelijke potentiële energie) en de berekening kan dan de uiteindelijke structuur
van een materiaal bepalen
- atomen staan nooit stil en de computer simuleert hoe de potentiële energie en
kinetische energie constant in elkaar overgaan zo het gedrag van materiaal
voorspellen belangrijk voor de broeikasgassen en toxische moleculen!
- men zoekt naar methodes om toxische gassen uit bv de uitlaat van de auto te halen
- toxische moleculen gaan zich binden aan een katalysator en we zijn wereldwijd
opzoek naar de geschikte om zo hun gedrag en impact te bepalen
- gebruikt om te kijken wanneer water in ijs verandert om dat complex kristal na te
gaan en zo te kijken van welke kristalstructuur ijs nu echt gemaakt is
in silico studies = voorspellen van gedrag van allerlei systemen (computer, chip =
silicum)
- simulaties maken van complexe modellen = belangrijk onderzoeksgebied om zo
griepvirussen etc (DNA) te bestuderen
- kijken hoe DNA zich gedraagt bij hogere temperaturen & zo kijken hoe DNA
vernietigd wordt (hoe de twee strengen zich ontwinden op moleculair niveau)
- 1 simulatie kan tot 200 miljoen atomen bevatten
- als we de structuur kennen dan weten we het functioneren van een molecule
arbeid door druk stoomtrein
Pagina 3 van 31
, - de grote technologische doorbraak van de 19e eeuw waar men warmte ging zien
als energie zorgde voor een belangrijke revolutie, spoorwegen ontwikkelen snel
- in een locomotief zit een grote hoeveelheid water en steenkool aan boord
- water warm stoken tot het stoom werd
- stoom heeft neiging om zich uit te zetten en de expansie
van het gas werd gebruikt om een zuiger in beweging te
brengen, de stoom wordt afwisselend van de ene naar de
andere kant van de zuiger gelaten de hoge druk duwt
zuiger heen & weer
- de heen & weer gaande beweging wordt via de
zuigerstang omgezet naar de drijfstand en zo omgezet in de roterende beweging
van de wielen
energie-omzettingen in het menselijk lichaam
- energie omzettingen in het menselijk lichaam = complex
- als we eten nemen we energie op die dan opgeslagen word in
chemische E
- als we bewegen of dagelijks word chemische E vrijgezet & een
deel wordt ‘verbrand’ door ons lichaam werking van het
metabolisme
- er komt warmte vrij & nog een deel rest (CO2) chemische E
H9: IMPULS
botsingen
- botsing = twee deeltjes of systemen botsen als ze tijdens hun onderlinge interactie
impuls en energie uitwisselen met elkaar
botsingen in een kernreactor
- in een kernreactor moeten snelle neutronen afgeremd worden en hier gebruiken
we moderatorstaven voor de snelle neutronen botsen met de atomen van de
moderratorstaven & moeten hierbij zoveel mogelijk kinetische energie afstaan
- we kiezen voor de moderatorstaven zeer licht materiaal want als je tegen lichter
materiaal botst zal de hoeveelheid impuls trasfereren en de kinetische energie zal
dalen (als we zacht tegen een bal sjotten dan krijgt deze ook een lagere snelheid)
- kernreactor = opwekken van energie door de kernen van deeltjes te spiltsen, die
energie onder de vorm van warmte wordt gebruikt om water te
verhitten tot stoom, deze stoom zal een grote turnbine aandrijven
en daar wordt dan elektriciteit mee geproduceerd
- om een kern te splitsen moeten we deze bombarderen met
neutronen, belanrgijk is dat hun snelheid laag genoeg is om ervoor
te zorgen dat er een kernsplitsing kan gebeuren, bij elke splitsing
Pagina 4 van 31
