Inleiding Modelleren bij Natuurkunde

Natuurkunde beschrijft fenomenen zoals een vallende bal of het afkoelen van een kopje thee met modellen. Een model is een vereenvoudigde weergave van de werkelijkheid, gebaseerd op aannames. Bijvoorbeeld, bij valbeweging meten we de positie en leiden we snelheid af via grafieken. Luchtwrijving beïnvloedt de val, maar modellen houden vaak geen rekening met turbulentie of rotatie.

Ook voor warmteoverdracht maken we aannames, zoals dat alleen lucht warmte opneemt en niet het kopje zelf. De temperatuurverandering kan lineair zijn, maar ook anders – door te testen vinden we het beste model. Als een model goed past, nemen we aan dat het klopt, totdat we iets ontdekken waarvoor het niet meer werkt.

Sommige modellen, zoals de zwaartekrachtsformule van Newton, werken goed in veel situaties, maar falen bij extreme omstandigheden zoals zwarte gaten. Dan moeten ze worden aangepast of vervangen, zoals met Einstein’s relativiteitstheorie.

Voor een vallende bal met luchtwrijving kunnen we geen exacte formule opstellen, omdat de wrijvingskracht verandert met snelheid. Daarom gebruiken we een numeriek model: een algoritme dat stap voor stap berekent hoe de snelheid en positie veranderen. Dit doen we met een computer, omdat handmatige berekeningen te lang duren.

In dit JupyterBook leer je modelleren via opdrachten. In 5VWO werk je aan een PO hierover, en in 6VWO komt het terug in school- en eindexamens.