biofysica toepassingen
Dynamica, bewegingswetten van newton
Raket
De motor verbrandt brandstof en stoot hete gassen met hoge snelheid uit (actie).
Volgens de derde wet van Newton oefent deze uitstoot een gelijke en tegengestelde kracht uit op de raket (reactie)
→ raket beweegt omhoog en versnelt.
Gassen stoten zich NIET af tegen de grond. DE RAKET STOOT ZICH AF OP DE GASSEN!
Wrijving, cirkelvormige beweging, weerstandskrachten
Microscopische studies naar de oorsprong van wrijving
Met een ultrascherpe tip wordt een oppervlak afgetast, waarbij pieken en dalen worden
gemeten met behulp van een lasersysteem. Deze metingen creëren een afbeelding van
het oppervlak. Wrijving ontstaat doordat de pieken en dalen van twee oppervlakken in
elkaar haken.
wrijvingskrachten in lichaam
In gewrichten zit synoviale vloeistof, die de wrijving tussen botoppervlakken vermindert, wat soepele en pijnloze bewegingen
mogelijk maakt.
wrijving: lucht als smeermiddel Maglev trein
Maglev-treinen zweven boven het spoor door afstotende magneten, wat contact en wrijving elimineert voor efficiënte werking.
→ grote snelheden
wrijving: lucht als smeermiddel hovercraft
Een hovercraft gebruikt een luchtkussen onder de romp om wrijving met het wateroppervlak te minimaliseren, wat zorgt voor
efficiëntie.
Centrifuge
Een centrifuge scheidt stoffen op basis van dichtheid door centripetale kracht: zwaardere stoffen worden naar buiten geduwd,
lichtere blijven binnen.
centrifuge voor piloot/astronaut
Een centrifuge traint piloten en astronauten voor g-krachten door rotatie → zorgt voor centripetale versnelling van bloedmassa.
Zwaartekracht en synthese van newton
waarde valversnelling op verschillende punten op aarden
De valversnelling (‘g’) varieert door hoogte, geologie en de niet-perfecte bolvorm van de aarde, met hogere waarden in dichte
gesteentegebieden.
satellieten
Satellieten blijven in een baan door de zwaartekracht, afhankelijk van massa en afstand tot het middelpunt van de aarde. Dit
evenwicht voorkomt wegdrijven of vallen.
Behoud van energie
maken van gebouw
Bij het zetten van funderingspalen wordt potentiële energie opgewekt door de paal op te tillen. Bij het loslaten wordt
deze omgezet in kinetische energie om de paal diep in de grond te drijven
klok
Een slingerklok werkt door continuë omzetting van potentiële energie naar kinetische energie, terwijl de slinger heen en weer
beweegt.
stuwmeer
Water bovenaan in een stuwmeer heeft hogere potentiële energie dan beneden. Dus je gaat het water van boven laten
stromen door een buis waar beneden turbines draaien wanneer er water doorstroomt. Hierbij wordt de potentiële energie
omgezet in kinetische energie en wordt er elektriciteit opgewekt.
, optimalisatie van beweging
Spieren werken als veren. Door bewegingen van bijvoorbeeld wielrenners te analyseren, kunnen houding en techniek
geoptimaliseerd worden.
atoomposities in een kristal, computerberekeningen
Atomen in een kristal configureren zich op een manier die de potentiële energie minimaliseert. Met een gekende potentiële
energie worden de krachten tussen naburige moleculen/atomen berekend via de computer. Dit concept wordt gebruikt bij
het berekenen van kristalstructuren.
Energieomzetting menselijk lichaam
Het lichaam zet chemische energie uit voedsel om in warmte, beweging en afvalproducten, en gebruikt een deel om een
constante lichaamstemperatuur te behouden.
Studie van nanosystemen, computerberekeningen
Computerberekeningen van kristalstructuren zijn ook handig bij auto’Uitlaatgassen van auto’s bevatten toxische gassen
die niet in de atmosfeer mogen komen. Daarom hebben veel auto’s een katalysator op hun uitlaat. Dit is een oppervlakte
bedekt met een katalytisch materiaal dat bindt aan CO2 of CO.
Het nadeel is dat deze materialen (Platinum) duur zijn en moet er een goedkoop alternatief gevonden worden.
Een alternatief dat getest werd is C8-moleculen (= 8 C-atomen). Hierbij moet een C8 atoom binden aan CO 2 molecule.
Maar via de computer zagen ze dat het CO2-molecule traag naar oppervlak bewoog en meteen terugkaatste wanneer het
in aanraking kwam met een C8-molecule. → Dus de C8-moleculen zijn niet geschikt
Computersysteem is dus heel handig om er snel achter te komen welke moleculen zouden werken en welke niet.
Insigneo
= Institue for in silico medicine
Vroeger: nieuwe geneesmiddelen zoeken is duur en wordt gedaan via try and error. Vaak maar 1 of 2 kanshebbers (lage
succesgraad)
Nu: supercomputers berekenen de structuur van het virus en maakt een inschatting voor de effectiviteit van een
geneesmiddel. De meest belovende selecteren en verder onderzoeken in labo.
Impuls
kernreactor
Kernsplitsing: De kern wordt gebombardeerd met neutronen. Wanneer de kern geraakt wordt, gaat deze even knock-out
geslagen worden en splitst. Zo komt er energie vrij.
In de kernreactor: het proces wordt onder controle gehouden door een moderator. Deze zorgt ervoor dat de snelheid van de
neutronen verlaagd wordt want alleen dan kunnen ze een kern doen splitsen. De stof van de moderatorstaven is licht zodat de
neutronen al hun kinetiche energie kunnen afgeven.
Bij splitsen van Uranium komt grote hoeveelheid energie vrij → gebruikt men om water op te warmen tot stoom. Deze stoom
gaat door turbines waardoor er elektriciteit opgewekt wordt.
Rutherford backscattering
Een bundel hoge-energie-ionen wordt op een onbekend materiaal gericht. Door de terugkaatsing te analyseren (energie),
bepalen we de samenstelling, massa en dikte van het materiaal.
Large Hadron Collider
= ondergrondse, ringvormige deeltjesversneller
Protonen botsen bij hoge energie, waardoor subatomaire deeltjes vrijkomen. Detectoren meten de energie die vrijkomt. Dit helpt
de samenstelling van materie te onderzoeken. (Higgs deeltje)
Impulsmoment, algemene rotatie
neutronenster
Wanneer een ster implodeert en de massa samenkomt in een kleine bol, zal het traagheidsmoment verkleinen waardoor de
kleine ster veel sneller rond zijn as gaat draaien (behoud van impulsmoment). Dit veroorzaakt stralingsbundels langs de
magnetische polen, zichtbaar als pulsars.
Oriëntatie satelliet wijzigen
Roterende schijven worden gebruikt om een satelliet zonder raketten te draaien. Deze bevinden zich aan de buitenkant en
worden door een elektrische motor aan het draaien gebracht. Wanneer de schijven draaien heeft de stelliet een bepaald
impulsmoment. Door ze te versnellen of te vertragen, verandert de oriëntatie van de satelliet.
Dynamica, bewegingswetten van newton
Raket
De motor verbrandt brandstof en stoot hete gassen met hoge snelheid uit (actie).
Volgens de derde wet van Newton oefent deze uitstoot een gelijke en tegengestelde kracht uit op de raket (reactie)
→ raket beweegt omhoog en versnelt.
Gassen stoten zich NIET af tegen de grond. DE RAKET STOOT ZICH AF OP DE GASSEN!
Wrijving, cirkelvormige beweging, weerstandskrachten
Microscopische studies naar de oorsprong van wrijving
Met een ultrascherpe tip wordt een oppervlak afgetast, waarbij pieken en dalen worden
gemeten met behulp van een lasersysteem. Deze metingen creëren een afbeelding van
het oppervlak. Wrijving ontstaat doordat de pieken en dalen van twee oppervlakken in
elkaar haken.
wrijvingskrachten in lichaam
In gewrichten zit synoviale vloeistof, die de wrijving tussen botoppervlakken vermindert, wat soepele en pijnloze bewegingen
mogelijk maakt.
wrijving: lucht als smeermiddel Maglev trein
Maglev-treinen zweven boven het spoor door afstotende magneten, wat contact en wrijving elimineert voor efficiënte werking.
→ grote snelheden
wrijving: lucht als smeermiddel hovercraft
Een hovercraft gebruikt een luchtkussen onder de romp om wrijving met het wateroppervlak te minimaliseren, wat zorgt voor
efficiëntie.
Centrifuge
Een centrifuge scheidt stoffen op basis van dichtheid door centripetale kracht: zwaardere stoffen worden naar buiten geduwd,
lichtere blijven binnen.
centrifuge voor piloot/astronaut
Een centrifuge traint piloten en astronauten voor g-krachten door rotatie → zorgt voor centripetale versnelling van bloedmassa.
Zwaartekracht en synthese van newton
waarde valversnelling op verschillende punten op aarden
De valversnelling (‘g’) varieert door hoogte, geologie en de niet-perfecte bolvorm van de aarde, met hogere waarden in dichte
gesteentegebieden.
satellieten
Satellieten blijven in een baan door de zwaartekracht, afhankelijk van massa en afstand tot het middelpunt van de aarde. Dit
evenwicht voorkomt wegdrijven of vallen.
Behoud van energie
maken van gebouw
Bij het zetten van funderingspalen wordt potentiële energie opgewekt door de paal op te tillen. Bij het loslaten wordt
deze omgezet in kinetische energie om de paal diep in de grond te drijven
klok
Een slingerklok werkt door continuë omzetting van potentiële energie naar kinetische energie, terwijl de slinger heen en weer
beweegt.
stuwmeer
Water bovenaan in een stuwmeer heeft hogere potentiële energie dan beneden. Dus je gaat het water van boven laten
stromen door een buis waar beneden turbines draaien wanneer er water doorstroomt. Hierbij wordt de potentiële energie
omgezet in kinetische energie en wordt er elektriciteit opgewekt.
, optimalisatie van beweging
Spieren werken als veren. Door bewegingen van bijvoorbeeld wielrenners te analyseren, kunnen houding en techniek
geoptimaliseerd worden.
atoomposities in een kristal, computerberekeningen
Atomen in een kristal configureren zich op een manier die de potentiële energie minimaliseert. Met een gekende potentiële
energie worden de krachten tussen naburige moleculen/atomen berekend via de computer. Dit concept wordt gebruikt bij
het berekenen van kristalstructuren.
Energieomzetting menselijk lichaam
Het lichaam zet chemische energie uit voedsel om in warmte, beweging en afvalproducten, en gebruikt een deel om een
constante lichaamstemperatuur te behouden.
Studie van nanosystemen, computerberekeningen
Computerberekeningen van kristalstructuren zijn ook handig bij auto’Uitlaatgassen van auto’s bevatten toxische gassen
die niet in de atmosfeer mogen komen. Daarom hebben veel auto’s een katalysator op hun uitlaat. Dit is een oppervlakte
bedekt met een katalytisch materiaal dat bindt aan CO2 of CO.
Het nadeel is dat deze materialen (Platinum) duur zijn en moet er een goedkoop alternatief gevonden worden.
Een alternatief dat getest werd is C8-moleculen (= 8 C-atomen). Hierbij moet een C8 atoom binden aan CO 2 molecule.
Maar via de computer zagen ze dat het CO2-molecule traag naar oppervlak bewoog en meteen terugkaatste wanneer het
in aanraking kwam met een C8-molecule. → Dus de C8-moleculen zijn niet geschikt
Computersysteem is dus heel handig om er snel achter te komen welke moleculen zouden werken en welke niet.
Insigneo
= Institue for in silico medicine
Vroeger: nieuwe geneesmiddelen zoeken is duur en wordt gedaan via try and error. Vaak maar 1 of 2 kanshebbers (lage
succesgraad)
Nu: supercomputers berekenen de structuur van het virus en maakt een inschatting voor de effectiviteit van een
geneesmiddel. De meest belovende selecteren en verder onderzoeken in labo.
Impuls
kernreactor
Kernsplitsing: De kern wordt gebombardeerd met neutronen. Wanneer de kern geraakt wordt, gaat deze even knock-out
geslagen worden en splitst. Zo komt er energie vrij.
In de kernreactor: het proces wordt onder controle gehouden door een moderator. Deze zorgt ervoor dat de snelheid van de
neutronen verlaagd wordt want alleen dan kunnen ze een kern doen splitsen. De stof van de moderatorstaven is licht zodat de
neutronen al hun kinetiche energie kunnen afgeven.
Bij splitsen van Uranium komt grote hoeveelheid energie vrij → gebruikt men om water op te warmen tot stoom. Deze stoom
gaat door turbines waardoor er elektriciteit opgewekt wordt.
Rutherford backscattering
Een bundel hoge-energie-ionen wordt op een onbekend materiaal gericht. Door de terugkaatsing te analyseren (energie),
bepalen we de samenstelling, massa en dikte van het materiaal.
Large Hadron Collider
= ondergrondse, ringvormige deeltjesversneller
Protonen botsen bij hoge energie, waardoor subatomaire deeltjes vrijkomen. Detectoren meten de energie die vrijkomt. Dit helpt
de samenstelling van materie te onderzoeken. (Higgs deeltje)
Impulsmoment, algemene rotatie
neutronenster
Wanneer een ster implodeert en de massa samenkomt in een kleine bol, zal het traagheidsmoment verkleinen waardoor de
kleine ster veel sneller rond zijn as gaat draaien (behoud van impulsmoment). Dit veroorzaakt stralingsbundels langs de
magnetische polen, zichtbaar als pulsars.
Oriëntatie satelliet wijzigen
Roterende schijven worden gebruikt om een satelliet zonder raketten te draaien. Deze bevinden zich aan de buitenkant en
worden door een elektrische motor aan het draaien gebracht. Wanneer de schijven draaien heeft de stelliet een bepaald
impulsmoment. Door ze te versnellen of te vertragen, verandert de oriëntatie van de satelliet.
