Thuis
Contacten

    Hoofdpagina


E-klas Dynamisch modelleren Antwoorden opgaven Dynamisch modelleren

Dovnload 0.77 Mb.

E-klas Dynamisch modelleren Antwoorden opgaven Dynamisch modelleren



Pagina3/3
Datum05.12.2018
Grootte0.77 Mb.

Dovnload 0.77 Mb.
1   2   3

Vraag 2.

a Leg uit of de terugkoppeling van de vlotter op de instroomkraan in het waterreservoir van de wc een positieve of negatieve terugkoppeling is.

b Leg uit dat voor een stabiel evenwicht van een voorraadgrootheid een negatieve terugkoppeling nodig is.


Antwoord:

a. Dat is negatieve terugkoppeling: hoe meer water, hoe sterker de vlotter de waterstroom tegengaat.

b. Negatieve terugkoppeling zorgt voor afremming, alleen als de waarde van de voorraadgrootheid hoog wordt.




Vraag 3.

a Leg uit dat sneeuw voor een terugkoppeling zorgt bij de opwarming van de aarde.

b Leg uit of deze terugkoppeling positief of negatief is.


Antwoord:

a. Door sneeuw neemt de reflectie van zonlicht toe, daardoor wordt er minder warmte geabsorbeerd en koelt de aarde verder af, waardoor nog meer sneeuw ontstaat.

b. In dit geval is er sprake van positieve terugkoppeling.




Les I
Vraag 1.

Welke factoren zou je kunnen opnemen in een eerste model van de waterhuishouding bij de mens?





Antwoord:

Factor 1: Hoeveel water in het lichaam

Factor 2: Drinken

Factor 3: afgifte ( door urine en transpiratie)




Vraag 2.

Kies voor je model voor een marathonloper één factor die de wateropname (instroom) bepaalt en twee factoren die de waterafgifte bepalen. Geef argumenten voor je keuze van deze grootheden.





Antwoord:

De belangrijkste factor voor wateropname is ……………drinken…....., deze bedraagt gemiddeld: …1,2……….L/dag.

Ik kies deze factor omdat drinken tijdens de marathon belangrijk is.

De belangrijkste factoren voor waterafgifte zijn

Factor 1: urine

Factor 2: Transpiratie


Ik kies deze factoren omdat deze factoren tijdens de marathon sterk kunnen veranderen.


Vraag 3.

Hoeveel water (in liter) bevat het menselijk lichaam onder normale omstandigheden.




Antwoord:

42 L




Vraag 4.

Noteer op welke manier en in welke mate (in liter per dag) water wordt opgenomen en afgegeven in een rustsituatie.




Antwoord:

Opname drinken = 1-1,5 L

Afgifte urine = 1,1-1,5 L

Afgifte transpiratie = 0,1-0,8 L



Vraag 5.


Teken nu een stroomschema voor een regulatiemodel


Antwoord:





Les J
Vraag 1.

Als de hoeveelheid water in het lichaam niet op het gewenste niveau blijft, wat is dan de oorzaak daarvan?




Antwoord:

De invoer is groter of juist kleiner dan de uitvoer.


b Pas je model zodanig aan dat de hoeveelheid water in het lichaam op het gewenste niveau blijft. Noteer wat je hebt veranderd. Sla dit model op onder de naam water1.sim




Antwoord: De invoerpost is gelijk gemaakt aan de twee uitvoerposten.

c Welke waarde(n) is (zijn) in de marathon anders dan in de ‘rustsituatie? Leg je antwoord uit.





Antwoord: De invoerpost drinken moet flink omhoog, doordat er met name veel meer transpiratie is.

d. Geeft dit model een goed beeld van hoe homeostase werkt? Waarom wel of niet?





Antwoord: Nee, want homeostase is een regeling van binnenuit, door het lichaam zelf en hier wordt de zaak in balans gehouden door uitwendige ingrepen.

Antwoorden blok II



      1. Polderbeheer


1 Waarmee kun je de onderdelen “regen”, “pomp” en “peilstok” vergelijken bij de regeling van de waterhoeveelheid in het menselijk lichaam uit les I en J? Welke verschillen zijn er?


Antwoord: regen met invoer (drinken), pomp met uitvoer (transpiratie + urine) en peilstok met een IF-formule in de hoeveelheid water in het lichaam, die voorkomt dat er teveel water in het lichaam komt.

Wat is de overeenkomst van deze problemen met de problemen van de marathonloper uit les I en J?




Antwoord:

Net als bij de marathonloper dreigt er een gevaar, namelijk een verstoring van de waterbalans.


Als er langdurige regen aankomt zou je eigenlijk al bij voorbaat moeten pompen, zodat je tegen de tijd dat het echt gaat regenen enige speling hebt. In werkelijkheid gebeurt dat ook: de polderbeheerder anticipeert op toekomstige regenval door de weersverwachting mee te laten wegen bij zijn beslissingen.

Klik in het model op “regen”. Klik vervolgens in het scherm Define Variable op de knop Graph onder in de balk. Hoe ziet de weersverwachting eruit?


Antwoord:

Het regent steeds wat, maar rond dag 50 valt er ineens een heleboel regen.





3 Dit is ingebouwd in het model polder2.sim. Open dit model door op bovenstaand model te klikken, laat het doorrekenen en probeer de grondwaterstand 100 dagen lang “op peil” te houden door gedurende de looptijd op de knoppen “pomp aan” en “pomp uit” te klikken. Op welke momenten lukt het je wel de grondwaterstand op peil te houden? Wanneer lukt het niet?


Antwoord:

Als er niet te veel regen valt, lukt het beheer wel, maar er ontstaan problemen als er veel regen valt.




4 Probeer de grenzen van het model polder2.sim te bepalen. Varieer de beginwaarde van de grondwaterstand, verander in de grafiek van regen het patroon naar minder of meer regen en stel vast wat er dan gebeurt met je mogelijkheden om de grondwaterstand op het gewenste niveau te houden.


Antwoord: afhankelijk van de instellingen lukt het beter/ slechter om waterstand in de polder te beheren.


      1. Eilandecologie


1 Open het model mcwil.sim, door op bovenstaand model te klikken. In het model hangt de hoeveelheidgrootheid S (het aantal soorten) af van immigratie en extinctie.

De biotoopvariatie geeft de verscheidenheid van gebiedjes op het eiland aan.

Stel vast welke waarden voor de biotoopvariatie zijn ingesteld en wat die betekenen.

Maak twee fasediagrammen ( ): een met op de X-as het aantal soorten en op de Y-as de immigratie en een met op de X-as het aantal soorten en op de Y-as de extinctie.

Er is al een grafiek ingevoerd van het aantal soorten tegen de tijd (in jaren). Laat nu het model doorrekenen voor een periode van 50 jaar.

Teken het verloop van de twee fasediagrammen en de grafiek. Verklaar je resultaten.




Antwoord: er zijn 5 waarden, van 1 -5. Hoe hoger de waarde, hoe meer variatie in de omgeving er is.

Hoe meer soorten, hoe moeilijker immigratie wordt. Immers, er ontstaat concurrentie met al aanwezige soorten.



Hoe meer soorten, hoe groter de extinctie. Door concurrentie en ruimtegebrek zullen er soorten uitsterven.

Eerst neemt het aantal soorten sterk toe, daarna ontstaat er een evenwicht tussen immigratie en extinctie, zodat het aantal soorten constant blijft.








  • Onderzoek hoe het met het aantal soorten op twee even grote eilanden verloopt, waarvan eiland A 1 km van het vasteland ligt en eiland B 6 km.




  • Uit een onderzoek naar reptielen in het Caraïbisch gebied bleek dat op Montserrat, dat 10  zo groot is als Saba, het aantal soorten reptielen 2  zo groot als op Saba, terwijl ze even ver van het vasteland liggen.

Onderzoek of het model deze verhouding goed voorspelt.


  • Op Jamaica zijn meer soorten reptielen dan je op grond van de grootte zou verwachten. Dat blijkt niet te liggen aan de afstand tot het vasteland.

Bepaal met het model wat er dan op Jamaica anders zou kunnen zijn dan op de andere eilanden.
In bepaalde gevallen raakt een eiland van 1 ha met een zeer gevarieerd landschap (biotoopvariatie 3) geheel onbewoond. Bij welke minimale afstand in km gebeurt dat? Geef aan wat dat kan veroorzaken.

Onderzoek of het voor de afstand iets uitmaakt of de biotoopvariatie groter of kleiner is.





Antwoorden:

  • Op eiland A komen 35 soorten voor, op eiland B 16 soorten.

  • Als het oppervlak van een eiland op 1 km van het vasteland 10 x zo groot wordt gemaakt, stijgt het aantal soorten van 35 naar 70. Dat is dus inderdaad 2 x zo groot.

  • Er is maar één verklaring mogelijk met het model: de biotoopvariatie is dan op Jamaica groter.

  • Bij iets meer dan 1080 km is het eiland na enige tijd onbewoond.



Wat gebeurt er in het model als het eiland onbewoond raakt? En hoe is dat in het model ingesteld?



Antwoord:

Dan stopt het model voortijdig, er is een stopfunctie die aangeeft dat het model stopt als het aantal soorten onder de 1 daalt.




2 In 1883 vond er een grote vulkaanuitbarsting plaats op het Indonesische eiland Krakatau, 40 km van Java. Het hele eiland verdween in zee, alle soorten kwamen om. In 1930 rees een nieuw eilandje, Anak Krakatau (Maleis voor kind van Krakatau), op uit zee (zie Figuur 6). De grootte van het eilandje is nu 176 ha, de biotoopvariatie is klein (waarde 1).

Bereken hoeveel soorten er uiteindelijk op Anak Krakatau kunnen leven. Ga er vanuit dat het eiland wordt gekoloniseerd vanaf Java.

Geef aan hoeveel jaar het duurt voordat dit aantal wordt bereikt. Als dat langer duurt dan 50 jaar, ga je naar Simulate en kies je de optie Simulation Setup. Maak de Stop Time zo lang als je denkt nodig te hebben.


Antwoord:

Er leven na ca.600 57 soorten.




      1. Schaatsen


1 Geef op basis van het artikel een redelijke schatting van de snelheid van een topschaatser bij het passeren van de finishlijn.


Antwoord:

Een ronde van 400 m in 24,44 sec betekent 400/24,44 = 16,37 m/sec = 3,6 x 16,37 km/uur = 58,92 km/uur.




2 Open het model glijd1.sim door met je muis op onderstaand model te klikken. Laat het nieuwe model de beweging doorrekenen.

Waar zie je een terugkoppeling (zie les E en H) in het model? Is die positief of negatief?




Antwoord:

Er is een terugkoppeling van de snelheid via de luchtwrijvingkskracht naar snelheid. Die is negatief (vertraging).





3 Om het probleem van de uitglijdende schaatser op te lossen, hebben we niet genoeg aan het verloop van de snelheid, we moeten de door de schaatser afgelegde afstand s vanaf de finishlijn berekenen. Dat vraagt om een uitbreiding van het model. Open het model glijd2.sim door met je muis op bovenstaand model te klikken.

Laat dit nieuwe model de beweging doorrekenen. Los met dit model het probleem van de uitglijdende schaatser op: klopt de bewering van topsprinters dat je in Calgary na de sprint wel een volle ronde van 400 m kunt doorglijden? Het kan zijn dat je in het model de tijd langer wilt laten doorlopen dan de ingestelde 100 seconden. Daarvoor ga je naar Simulate en kies je de optie Simulation Setup. Maak de Stop Time zo lang als je denkt nodig te hebben.




Antwoord:

Ja, die bewering klopt. De snelheid wordt pas 0 na een afgelegde afstand van 545 meter.





4 Dit model is goed bruikbaar om het probleem van de uitglijdende schaatser op te lossen. Maar het model is nog niet volmaakt. De vraag is: waar gaat het model de mist in, vergeleken met de werkelijke beweging van een uitglijdende schaatser? En hoe zou je het model op dit punt kunnen verbeteren?

Laat het model de beweging nog eens doorrekenen. Kijk in de beide diagrammen wat er verder met de snelheid en de afstand nadat de snelheid nul is geworden. Lees in het v,t-diagram af op welk tijdstip de snelheid nul wordt. Bekijk nu het v,tdiagram en het s,t-diagram: hoe verandert de snelheid en hoe verandert de afstand vanaf dat tijdstip (waarop de snelheid nul is geworden)? Welke beweging voert de schaatser vanaf dat tijdstip dus volgens het model uit? Klopt dat met de werkelijkheid? Leg uit waarom wel of niet. Welke grootheid in het model is de oorzaak van dit probleem?




Antwoord:

Na 137 seconden wordt de snelheid 0, daarna wordt hij negatief: de schaatser schaatst achteruit! Dat klopt niet met de werkelijkheid, de oorzaak van dit probleem is de iets te onnauwkeurige berekening van de vertraging.




5 Onderzoek tenslotte wat er gebeurt als de schaatser niet uitglijdt op de baan in Calgary, maar op die van Salt Lake City (1320 meter boven zeeniveau), Vikingskipet (Hamar, 150 meter boven zeeniveau) of Thialf (Heerenveen, op zeeniveau).

Bedenk eerst, welke factor in het model je hiertoe moet aanpassen.




Antwoord:

Je past dan de luchtwrijvingscoëfficiënt aan, die wordt hoger doordat de lucht naarmate je meer naar beneden gaat minder ijl wordt. Dus neemt de snelheid en daarmee de afstand van uitglijden af.




      1. Wielrennen


1 Open het model dalen.sim door met je muis op bovenstaand model te klikken. In dit model houden we direct rekening met de drie krachten op de afdalende wielrenner. We nemen aan dat de wielrenner bovenaan de helling vanuit stilstand start en onderweg niet zelf trapt.

De andere benodigde gegevens zijn de massa m van de wielrenner (met racefiets), de hellingshoek , de rolwrijvingscoëfficiënt cr, de luchtwrijvingscoëfficiënt cr, het frontaal oppervlak A van de wielrenner en de dichtheid  van de lucht.

De volgende waarden zijn ingevoerd in het model:

m = 80 kg

• = 10° = 10 x 2π /360 radialen

• cr = 0,0020

• cw = 0,80

A = 0,40 m2

•  = 1,125 kg/ m3
Los met het model het praktijkprobleem van de afdalende wielrenner op: wie gaat er in een afdaling sneller – een zware of een lichte wielrenner? Doe dat door in hetzelfde diagram de verschillende resultaten (voor wielrenners met verschillende massa m, maar dezelfde waarden voor de grootheden cw en A) zichtbaar te maken. Noteer de waarde van de grootheden (massa m en eindsnelheid ve) in een tabel.

Je kunt in het model ook zien welke afstand de wielrenner aflegt.

Waarom is in de formule verplaatsing de snelheid gedeeld door 1000?


Antwoord:

Als de massa van een wielrenner toeneemt, neemt de snelheid ook toe.

Door de deling door 1000 ontstaat een verplaatsing in km i.p.v. meters.

Hoe groot is de afgelegde afstand in 300 seconden als de wielrenner 80 kg weegt? En bij lichtere of zwaardere wielrenners?




Antwoord:

De afgelegde afstand is 7,89 km.

Bij lichtere wielrenners (b.v. bij 60 kg) is die kleiner (6,87 km) en bij zwaardere (b.v. bij 100 kg) is die groter (8,78 km).

Onderzoek nu de invloed van het frontale oppervlak A bij even zware wielrenners.

De een is heel breed en de ander slank gebouwd. Wat is jullie conclusie?


Antwoord:

Hoe groter het frontale oppervlak, hoe meer luchtwrijvingskracht, dus hoe minder snelheid en afstand.




2 Het model dalen.sim berekent de afstand en de snelheid van een afdalende wielrenner onder invloed van de zwaartekrachtcomponent langs de helling en de

rol- en luchtwrijvingskracht. Met dit model is de invloed van de massa van de

wielrenner op de uiteindelijke daalsnelheid onderzocht.

In het krantenartikel staat een formule voor de eindsnelheid ve van een afdalende

wielrenner: ve = (mg/nA). Als we geïnteresseerd zijn in de relatie tussen

daalsnelheid en massa van de wielrenner dan kunnen we g, n en A als constanten

beschouwen. Het verband tussen de eindsnelheid ve en de massa m kunnen we dus

schrijven als: ve = km . Hierin is k een evenredigheidsconstante. In woorden: de

eindsnelheid ve is recht evenredig met de wortel uit de massa m. Controleer deze

voorspelling met het model. Om de eindsnelheid goed te kunnen bepalen,

is een tabel met de waarden van de snelheid en de tijd handig. Leg uit waarom het model een (iets) ander resultaat geeft dan de voorspelling in het krantenartikel.

Met het model van de afdalende wielrenner kun je meer dan alleen het ‘massaprobleem’ oplossen, zoals de invloed van het frontale oppervlak. Bedenk zelf minstens twee andere vragen over de beweging van een afdalende wielrenner. En zoek het antwoord met je model.




Antwoord:

Je kunt ook uitzoeken wat de invloed is van de rolwrijvingskracht. Hoe groter die is (b.v. door dikke banden of een stroef wegdek), hoe trager de fietser.

Of wat de invloed is van de hellingshoek. Hoe kleiner de hoek, hoe lager de snelheid.

Ook de invloed van het fietsen in ijle lucht (een helling hoog in de bergen) kan worden onderzocht. Hoe ijler de lucht, hoe hoger de snelheid.




      1. Chaos in de natuur


1 Noem factoren die ongunstiger worden naarmate de dichtheid toeneemt. Waarop hebben deze factoren de meeste invloed, op het sterftecijfer of het geboorte­cijfer?


Antwoord:

Er is per konijn minder voedsel en minder ruimte en meer kans op besmetting.

Dat zal vooral gevolgen hebben voor het sterftecijfer: dat neemt toe door honger of ziekte.

Maar ook het geboortevcijfer kan veranderen: bij konijnen neemt de vruchtbaarheid van vooral jonge vrouwtjes af bij hoge dichtheid.




2 Open het model konijn.sim door met je muis op bovenstaand model te klikken. In dit model wordt uitgegaan van het reële sterftecijfer.

Voeg een grafiek in voor aantal_konijnen. Laat het model een periode van 10 jaar doorrekenen voor verschillende waarden van het beginaantal konijnen (K), het geboortecijfer g, sterftecijfer s en het oppervlak O. Schets kwalitatief het verloop van de grafiek. Welke veranderingen van deze factoren hebben wel invloed op de grootte van de uiteindelijke populatie en welke niet?





Antwoord:

De grafiek geeft een logistisch patroon weer, er treedt populatiegroei op tot een evenwichtswaarde (draagkracht).



K heeft geen invloed, maar g, s en O wel.




3 De Schotse bioloog Robert May (1936, zie Figuur 11) rekende aan het model van Verhulst, dat niet alleen voor konijnen, maar voor elke natuurlijke dierlijke populatie kan worden gebruikt.

Hij ontdekte dat het verloop van de groei van populatie K erg afhankelijk is van de waarde van i, het verschil tussen geboortecijfer en sterftecijfer.

Open het model van Verhulst: verhul.sim door met je muis op bovenstaand model te klikken. Er is een grafiek van de ontwikkeling van het aantal dieren gedurende een periode van 100 jaar opgenomen, evenals een tabel om de precieze aantallen te bepalen.

Als je dit model doorrekent met een i van 0.1, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5 en 3.0, zie je de ontdekking van May.

Bij welke waarden groeit de populatie naar een stabiel evenwicht, bij welke waarden gaat de populatie regelmatig heen en weer tussen twee evenwichtswaarden en bij welke waarde ontstaat er een onregelmatig (chaotisch patroon)? Waarom is dit laatste patroon waarschijnlijker bij de groei van een populatie bladluizen dan bij een populatie olifanten?


Antwoord:

Bij een i van 0.1, 0.5, 1.0 en 1.5 groeit de populatie naar een stabiel evenwicht.

Bij een i van 2.0 en 2.5 gaat de populatie heen en weer tussen twee evenwichtswaarden.

Bij een i van 3 ontstaat een chaotisch patroon.

Doordat bladluizen een veel grotere g hebben dan olifanten, is chaos bij bladluizen veel waarschijnlijker.



4 Bij bladluizen komt zowel ongeslachtelijke als geslachtelijke voortplanting voor.

In het model chaos1.sim is de populatie daarom in twee groepen verdeeld: asexuele en sexuele dieren. Open het model chaos1.sim door met je muis op bovenstaand model te klikken.

Wat stellen de factoren p en q in dit model voor?

Welk verschil is er in de netto_groeisnelheid van de beide groepen? Verklaar dit verschil.

Laat het model doorrekenen bij groeicijfers van 0.1, 0.5, 1.0, 1. 5, 2.0, 2.5 en 3.0.

Het beginaantal van beide deelpopulaties is gelijk: 20 dieren.

Laat de computer de berekeningen nog eens overdoen bij een beginaantal van 40 asexuelen en 0 sexuelen en 0 asexuelen en 40 sexuelen.

Welk effect heeft de aanwezigheid van een relatief groot aantal of een relatief klein aantal sexuelen (geslachtelijk voortplantende dieren)? En wat is daarvan de verklaring?




Antwoord:

p en q geven respectievelijk het gedeelte aseksuele en seksuel bladluizen in de populatie aan. De netto_groeisnelheid van de aseksuelen is 2 x zo hoog als die van de seksuelen. Immers, elk aseksueel dier kan zich voortplanten, waar bij seksuele dieren 2 dieren moeten samenwerken als mannetje en vrouwtje.

Uit de tabellen blijkt dat de aanwezigheid van seksuele dieren de kans op chaotische patronen kleiner maakt in een populatie.

Tabel 1


aseksueel 20 exemplaren

seksueel 20 exemplaren

groeicijfer

99

60

0.1

100

100

0.5

100

100

1.0

100

100

2.0

100

100

2.5

100

100

3.0

Tabel 2


aseksueel 40 exemplaren

seksueel 0 exemplaren

groeicijfer

100

0

0.1

100

0

0.5

100

0

1.0

100

0

1.5

95-103 (schommeling tussen twee waarden)

0

2.0

2-130 (chaos)

0

3.0

Tabel 3


aseksueel 00 exemplaren

seksueel 40 exemplaren

groeicijfer

0

100

0.1

0

100

0.5

0

100

1.0

0

100

1.5

0

100

2.0

0

100

3.0






1 In de loop van zijn levensduur is de zon steeds feller gaan schijnen. Bij het ontstaan van de aarde zo'n 5 miljard jaar geleden straalde de zon 30% minder hard dan nu. Je onderzoekt de effecten van deze verandering op de denkbeeldige planeet Daisyworld.

Open het model daisy.sim door met je muis op onderstaand model te klikken.

In dit model zie je witte en zwarte madelieven en onbegroeid aardoppervlak, ieder met een eigen albedo. Dat is een getal tussen 0 en 1 dat aangeeft welk deel van de zonnewarmte wordt teruggekaatst.

Verklaar het verschil tussen de drie albedo’s.




Antwoord:

Een witte ondergrond kaatst veel licht terug, een zwarte weinig, een onbegroeide ondergrond zit daartussen in. Dat zie je aan de drie albedo’s: 0.75, 0.5 en 0.25.


Laat het model doorrekenen.

Bekijk de grafiek van de instraling van de zon in het verloop van 10.000 jaar. Wat is je conclusie?


Antwoord:

De instraling wordt geleidelijk sterker, de zon gaat dus feller schijnen.


Bekijk de grafieken van de aantallen madelieven en de gemiddelde temperatuur over 10.000 jaar. Wat zijn je conclusies?

Onderzoek het effect van verandering van q naar 0 of naar 50.

Wat is het effect op de gemiddelde temperatuur?




Antwoord:

De temperatuur stijgt eerst vrij snel naar 30 ˚C en blijft dan een hele tijd constant. Maar na 8000 jaar gaat hij plostseling omhoog naar 60 ˚C. Bij de eerste sprong daalt het aantal zwarte madelieven sterk, ten gunste van de witte. Bij de tweede sprong sterven de witte ook uit. De twee madelieventypen hebben een temperende invloed op de temperatuur, totdat een bepaalde grens wordt overschreden.

Bij een q van 0 (er zijn geen geïsoleerde gebieden) overheersen van het begin af aan de witte madelieven, de zwarte gaan meteen ten onder. De temperatuur ontwikkelt zich hetzelfde.

Bij een q van 50 (met sterk geïsoleerde gebieden) lijkt de ontwikkeling sterk op de uitgangssituatie. Voor verschillende waarden van q is het model vrij robuust.


Je kunt het model uitproberen onder verschillende omstandigheden, bijvoorbeeld:



  • je kunt de beginverhoudingen van zwarte en witte madelieven en kale grond variëren;

  • je kunt de zonnestraling periodiek laten schommelen (via de functie sinwave in de formule achter 600: +sinwave(100,250), dat betekent dat met een periode van 250 jaar de straling een amplitude heeft van 100) of laten afnemen in plaats van toenemen( inde formule zet je nu 1600 – 1000* TIME/STOPTIME) ;

  • je kunt de madelieven donkergrijs en lichtgrijs maken in plaats van zwart en wit, door hun albedo dichter bij elkaar te brengen;

Niet iedereen vindt dit model, dat door Watson en Lovelock werd ontwikkeld, even overtuigend. In een kritiek op Daisyworld merken Robertson en Robinson op dat in werkelijkheid de madelieven na verloop van tijd door evolutie aangepast zouden raken aan de heersende temperatuur.

 Wat vind je uiteindelijk goed aan het model, wat minder, in hoeverre lijkt het model op de echte aarde?





Antwoord:

Andere beginverhoudingen veranderen niet veel aan het resultaat.

Een periodieke schommeling in zonnestraling heeft wel veel invloed. De temperatuur schommelt dan tussen 16 en 28 ˚C. Er zijn vrijwel alleen maar zwarte madelieven.

Daling van de zonnestraling leidt tot een uiteindelijke temperatuur van 20 ˚C, waarbij alleen zwarte madelieven overblijven.

Het dichter bij elkaar brengen van de albedo’s van wit (naar 0.55) en zwart (naar 0.45) zorgt voor een geleidelijke stijging van de temperatuur naar 70 ˚C, waarbij beide typen madelieven zijn verdwenen.

Het model lijkt niet erg op de echte aarde, met slechts twee typen organismen en heel eenvoudige compartimenten.




2 In Daisyworld heb je gezien hoe terugkoppeling ertoe kan leiden dat bij veranderende omstandigheden het klimaat toch constant blijft. Dit noemen we negatieve terugkoppeling. Er zijn ook situaties mogelijk waarbij juist positieve terugkoppeling optreedt, d.w.z. dat een kleine verandering in de omstandigheden juist versterkt wordt zodat er een grote (sprongsgewijze) klimaatverandering optreedt. Dit wordt gedemonstreerd in het Iceworld model.

Open het model ice.sim door met je muis op bovenstaand model te klikken.

Leg uit waarom in het model een factor temp_Kelv ( de temperatuur in Kelvin) is opgenomen en er niet meteen gerekend wordt in graden Celsius.


Antwoord:

Dat heeft te maken met de manier van rekenen.

Temperatuur = warmte/warmtecapaciteit = J/J/K  K

Klik op de factor albedo. Welke waarde heeft het albedo bij ijs, welke waarde bij temperaturen boven de 277 K?




Antwoord:

Bij ijs is de waarde van het albedo 0.6, bij temperaturen boven 277 K is die waarde 0.33. Door de daling van de temperatuur stijgt het albedo, waardoor de temperatuur nog verder daalt.


Klik op de factor S, de zonne-instraling. Wat gebeurt daarmee in de loop van de 25.000.000 jaar die het model doorrekent?




Antwoord:

De instraling schommelt tussen de waarden 265 en 335.


Laat het model doorrekenen. Wat gebeurt er met het albedo en wat met de temperatuur op aarde? Verklaar het resultaat.




Antwoord:

Het albedo stijgt tot 0.6 (de waarde van ijs). De temperatuur daalt van 5 ˚C tot -20 ˚C, waardoor de stijging van het albedo is verklaard. Er is een positieve terugkoppeling.

Door de daling van de temperatuur stijgt het albedo, waardoor de temperatuur nog verder daalt.

Onderzoek wat er gebeurt als in het model de zonnestraling: structureel minder fel wordt (verlaag het eerste getal in de formule van S), minder sterk schommelt (verlaag de amplitude van de sinusfunctie, dat is het eerste getal in de sinusformule) of een langere periode heeft in de schommeling (verhoog de periode van de sinusfunctie, dat is het tweede getal in de sinusformule).

Vergeet niet, bij een verandering de vorige verandering ongedaan te maken!

Wat is jullie conclusie?





Antwoord:

Als de zonnestraling minder fel wordt, daalt de temperatuur nog sneller.

De minder sterke schommeling heeft maar weinig effect op het patroon.

Een langere periode zorgt voor een iets minder sterke temperatuurdaling.

Conclusie: in al deze gevallen ontstaat er onherroepelijk een ijstijd.




1 Het wassen van een proeflapje is in het model was1.sim weergegeven. Open het model door met je muis op bovenstaand model te klikken.

Het vuil in het proeflapje wordt verwijderd onder invloed van het toegevoegde

wasmiddel. In het model zijn drie voorraadgrootheden opgenomen: vuil_

in_proeflapje, wasmiddel en vuil_in_water. Verder zijn er twee factoren opgenomen.

De factor beweging_wasmachine geeft de invloed van de beweging door de

wasmachine weer. De watertemperatuur tenslotte geeft aan bij welke temperatuur er

gewassen wordt.

Stel de temperatuur in op 30ºC en laat het model doorrekenen. Een Powersim model rekent standaard door tot t = 100. In dit geval is dat anders. Hoe lang duurt het wasprogramma? En welke eenheid moet je hier gebruiken?


Antwoord:

Het wasprogramma duurt 60 eenheden, dat zijn minuten, dus het programma duurt een uur.





  • Test het model ook bij de temperaturen 60ºC en 90ºC. Wat is nu je conclusie?

  • Hoe verwacht je dat de verwijdering van het vuil tegen de tijd zal verlopen als er

  • gewassen wordt op 20ºC? Test je voorspelling m.b.v. het model. Wat is je conclusie?




Antwoord:

Bij 60 ˚C is het vuil sneller verdwenen, bij 90 ˚C nog sneller.

Op 20 ˚C zal het verwijderen van vuil wel langer duren. Bij een run met het model wordt dit bevestigd.

Stel de beginhoeveelheid vuil is 20 gram i.p.v. 10 gram. Verdere gegevens zijn

allemaal hetzelfde. Hoe verwacht je dat het vuilverwijderingsproces zal verlopen

in vergelijking met een beginhoeveelheid vuil van 10 gram. Geef voor

onderstaande beweringen aan of deze juist of niet juist zijn. Motiveer steeds je

antwoord.

A Er wordt per tijdseenheid meer vuil verwijderd. ....................................Juist/Onjuist

B Op t = 60 blijft er evenveel vuil over. ....................................................Juist/Onjuist

C Het duurt langer om hetzelfde resultaat te krijgen. ...............................Juist/Onjuist
Controleer je voorspellingen met behulp van je model.
Stel de beginhoeveelheid van vuil_in_proeflapje op 20 gram. Laat het model doorrekenen met de nieuwe waarde.

Zijn je voorspellingen juist? Verklaar eventuele verschillen.




Juiste antwoorden:

A juist


B onjuist

C juist




2 Stel dat je geen model had van het vuilverwijderingsproces. Op welke manier had

je dan je voorspellingen moeten controleren? Motiveer je antwoord.




Antwoord:

Door het doen van proeven met een wasmachine. Als je niet kunt nabootsen, moet je echte experimenten doen, die natuurlijk wel veel meer tijd kosten.




3 Bepaal nu met behulp van jullie model bij welke temperatuur en waterhoeveelheid

het wasresultaat voor eiwit voldoende is. Noteer je conclusies door antwoord te

geven op de onderstaande vragen.
Wat vinden jullie een voldoende wasresultaat?


Antwoord:

Als er nog maar 0.01 (1%) van de eiwitvlekken over is.


Welke procescondities kiezen jullie om dit resultaat te bereiken?




Antwoord:

Een waterhoeveelheid tussen 10 en 25 L.

Een temperatuur tussen 20 en 45 ˚C.

Dit resultaat wordt bereikt na: …………..min (je kunt de wastijd aanpassen door via de optie Simulate naar Simulation Setup te gaan en dan de stoptijd te veranderen.

Bij een watertemperatuur van: ................. ºC

En een waterhoeveelheid van:................... L

Welke overwegingen hebben een rol gespeeld bij de keuze van de procescondities?


Antwoord:

Na 58 minuten,

een watertemperatuur van 35 ˚C

en een waterhoeveelheid van 12 L wordt dit resultaat bereikt

(er zijn nog wel enkele combinaties mogelijk).



        1. Een griepepidemie


1 Open het model griep1.sim door met je muis op bovenstaand model te klikken.

In dit model wordt begonnen met 990 gezonde mensen en 10 mensen met griep.

Elke dag worden er 10 ziek en van de zieken geneest elke dag 20%.

Wat is de gemiddelde ziekteduur (in dagen) van dit type griepvirus wanneer we uitgaan van de constante genezingskans van 20% per dag? Vinden jullie dit een realistische aanname? Gebruik indien nodig de informatie van de website www.griep.nl.




Antwoord:

De gemiddelde ziekteduur is dagen (na 5 dagen is 5 x 20 = 100%) genezen.

Op de site www.griep. nl staat dat herstel 4 dagen kan duren, maar ook langer. 5 dagen lijkt dus een realistische aanname.


Leg uit waardoor het aantal zieke personen in het model steeds minder snel stijgt.

Ga met een berekening na dat uiteindelijk constant 50 personen ziek zijn.

Zal het aantal zieke personen na verloop van tijd ook weer gaan dalen? Wanneer?




Antwoord:

Omdat het aantal personen dat ziek wordt, even groot is als het aantal personen dat beter of immuun wordt.

Een persoon blijft gemiddeld 5 dagen ziek, dus als er iedere dag 10 zieken bijkomen, zal het aantal zieken gemiddeld 10 x 5 = 50 zijn.

Ja, als iedereen immuun geworden is, gaat het aantal zieken per dag dalen.


De vorm van de grafiek van het model lijkt helemaal niet op de grafiek van een echte

griepgolf. Het model is kennelijk veel te simpel om het verloop van een griepgolf te

beschrijven.

Waardoor stijgt bij een werkelijke griepgolf het aantal zieke personen tijdens het

begin van de griepgolf steeds sneller?




Antwoord:

Omdat een besmet persoon meerdere mensen kan besmetten.



In het model is de aanname gemaakt dat er elke dag opnieuw 10 personen ziek worden.

Geef tenminste één reden waarom dit geen realistische aanname is.


Antwoord:

Het aantal zieken per dag is afhankelijk van de besmettingskans, het aantal gezonde mensen en het aantal immune mensen, en van hoe dicht de mensen elkaar naderen. Dat aantal zal dus niet steeds een constant aantal van 10 zijn.



Het aantal personen dat op een dag ziek wordt, hangt af van zowel het aantal personen dat ziek is als van het aantal personen dat nog niet ziek geweest is.

Leg dit uit.




Antwoord:

Hoe meer mensen er ziek zijn, hoe groter de kans op besmetting. Maar alleen gezonden die nog niet ziek geweest zijn, kunnen besmet worden. Hoe meer mensen er immuun zijn, hoe kleiner de kans op besmetting.


Besmetting kan alleen optreden als zieke en gezonde mensen elkaar ontmoeten. Niet elk contact leidt vanzelf tot besmetting, er is een zekere besmettingskans. Neem aan dat elk persoon elke dag 10 mensen van dichtbij ontmoet, en dat de kans dat een ziek persoon een gezond persoon besmet daarbij 5% is. Op de eerste dag zal dan gemiddeld de helft van de zieke personen een ander persoon ziek gemaakt hebben.

Leg uit dat op de eerste dag ongeveer de helft van de zieke personen een gezond persoon besmet.

Waarom neemt dit na verloop van tijd af?




Antwoord:

Bij iedere persoon die een besmet persoon ontmoet, is de kans op een besmetting 5 %, dus bij 10 personen is dat dan 10 x 5 % = 50 %

Dit neemt af omdat het aantal immune mensen toeneemt en dus het aantal gezonde mensen (met evenveel) afneemt.

Na verloop van tijd daalt het aantal besmettingen doordat een groot deel van de bevolking immuun geworden is. Op een bepaald moment zijn er 400 gezonde personen, 100 zieken en 500 personen die immuun zijn.

Van de 10 personen die een ziek persoon per dag ontmoet is slechts een deel gezond. Bij elke ontmoeting is de kans op besmetting 5%.

Hoeveel gezonde personen komt een ziek persoon per dag tegen?

Bereken hoeveel besmettingen er gemiddeld door één ziek persoon per dag veroorzaakt worden.

Hoeveel besmettingen zullen er die dag plaatsvinden?




Antwoord:

Per dag komt een zieke 10 x (400/1000) = 4 gezonde mensen tegen.

Eén zieke besmet 4 x 0,05 = 0,2 gezonde mensen.

Dus bij 100 zieken zijn er 100 x 0,2 = 20 nieuwe besmettingen.


Bekijk de formule voor het aantal besmettingen.

Stel dat bij 990 gezonde personen en 10 zieke personen er per dag (eerst slechts) 5 besmettingen zijn, welke waarde heeft c dan? In het model is deze waarde ingevuld als besmettingsfactor (per persoon).

In het begin van de epidemie neemt het aantal besmettingen per dag snel toe. Hoe is dat met deze formule te verklaren?




Antwoord:

5 = c*10*990/1000. Dus c = 5/10/990*1000 = 0,495 (= 0,5).

Het aantal besmettingen neemt snel toe, want het aantal gezonde mensen is nog hoog.

Hoeveel besmettingen zijn er per dag bij 400 gezonde personen, 100 zieken en 500 personen die immuun zijn?




Antwoord:

aantal besmettingen = 0,5* 100* 400/1000 = 20


Na verloop van tijd daalt dus het aantal besmettingen per dag weer

Hoe kun je met de bovenstaande formule uitleggen dat op een bepaald moment het aantal besmettingen weer daalt?


Antwoord:

Het aantal besmettingen daalt, doordat het aantal gezonde mensen afneemt.


Voor de genezingskans is in het model gekozen de waarde 0.2 = 1 / (gemiddelde ziekteduur van 5 dagen).

Waarom is in de formules voor besmetting en genezing een ROUND-functie gebruikt?


Antwoord:

Om met gehele getallen (complete mensen) te kunnen werken.


Laat het model nu doorrekenen.

Beantwoord de volgende vragen:

Heeft de epidemie na een week het maximum al bereikt?




Antwoord:

Nee, het maximum aantal zieken wordt pas na 18 dagen bereikt.


Vanaf welke dag is de toestand stabiel?

De hoofdvragen bij het voorspellen van het verloop van een griepgolf zijn:

• Hoe hoog is de piek van de epidemie (het grootste aantal mensen dat op een gegeven moment ziek is)?

• Hoeveel procent van de bevolking krijgt uiteindelijk griep?

Beantwoord de twee hoofdvragen bij de gekozen waarden van dit model.




Antwoord:

Vanaf dag 50 is de toestand stabiel.

De piek is 255 zieken op dag 18.Er worden van de 1000 mensen 907 immuun, dus 907/1000 x 100% = 90,7% wordt ziek.


Probeer tenslotte uit wat er verandert aan het patroon als:

• De besmettingsfactor verdubbelt, dat betekent dus dat er een zeer besmettelijk vorm van griep toeslaat;

• De totale bevolking veel kleiner is;

• De ziekteduur niet 5 maar 10 dagen is.


Antwoord:

Bij een verdubbelde besmettingsfactor wordt 99,5% van de mensen ziek.

Als de bevolking maar uit 500 personen bestaat, ontwikkelt de epidemie zich trager en wordt 71,2% ziek.

En als de ziekteduur 1o dagen is i.pv. 5 dagen, wordt 98,9% ziek en wordt de piek eerder bereikt, maar is hij lager.





- -
1   2   3

  • Les I Vraag 1.
  • Les J Vraag 1.
  • Antwoorden blok II Polderbeheer 1

  • Dovnload 0.77 Mb.