Algemene natuurwetenschappen

(1)

1 / 10 lees verder ►►►

Staatsexamen VWO

2018

Algemene natuurwetenschappen

Tijdvak 1 Woensdag 9 mei 13.30 – 15.30 uur College-examen schriftelijk Opgavenboekje

Voor dit examen zijn maximaal 48 punten te behalen; het examen bestaat uit 28 vragen: 25 open en 3 gesloten vragen.

Het examen duurt twee uur. Voor elke vraag is aangegeven hoeveel punten met een goed antwoord behaald kunnen worden. Bij de beantwoording van enkele vragen moet het BINAS tabellenboek 6e_{druk geraadpleegd worden.}

Het gebruik van een niet-grafische rekenmachine is toegestaan.

Als bij een open vraag een verklaring, uitleg of berekening wordt gevraagd, worden aan het antwoord meestal geen punten toegekend als deze verklaring, uitleg of berekening ontbreekt.

Geef niet meer antwoorden (redenen, voorbeelden e.d.) dan er worden gevraagd.

Als er bijvoorbeeld twee redenen worden gevraagd en je geeft meer dan twee redenen, dan worden alleen de eerste twee in de beoordeling meegeteld.

Geef het antwoord van meerkeuzevragen in duidelijke hoofdletters.

- Tenzij anders vermeld, is er sprake van normale situaties.

(2)

2 / 10

lees verder ►►► Lundborg en eugenetica

In 1922 werd in Zweden het Staats Instituut voor Rassenbiologie opgericht. Vanaf 1926 stond het onder leiding van de arts Herman Lundborg (figuur 1). Hij wilde een politiek van Zweedse eugenetica: het erfelijk verbeteren van het Zweedse volk. Daarbij ging hij ervan uit dat er volkeren van drie verschillende rassen in Zweden leefden: Zweden, Samen (Lappen) en Finnen. Lundborg probeerde met allerlei metingen aan te tonen dat de beide

laatstgenoemde erfelijk inferieur waren (hoewel hij zelf tijdens een reis door Lapland verliefd werd op de Samenvrouw Maria Isaksson (zie figuur 2) en met haar ook een kind kreeg.

Figuur 1: Herman Lundborg

Figuur 2: Maria Isaksson

Onder Lundborgs inspiratie werden in Zweden rond 1930 wetten aangenomen die het mogelijk maakten bepaalde vrouwen gedwongen te steriliseren.

(3)

3 / 10

lees verder ►►►

2p 2 Leg uit dat het indelen van rassen in superieure en inferieure rassen een verkeerde interpretatie van de evolutietheorie betekent.

1p 3 Waaruit blijkt dat Lundborg niet consequent leefde naar zijn opvattingen over rassen?

Bij planten wordt tegenwoordig een heel andere vorm van eugenetica toegepast, waarbij niet ingegrepen wordt in de voortplanting.

1p 4 Welke techniek wordt hierbij toegepast?

Nobelprijs voor Ben Feringa na een Fantastic Voyage

In 1966 verscheen de sciencefictionfilm ‘Fantastic Voyage’. Daarin wordt gebruik gemaakt van een geminiaturiseerde onderzeeër die in de bloedbaan van een gewonde

wetenschapper wordt gebracht (zie figuur 3). In 2016, precies 50 jaar later, ging de Nobelprijs voor scheikunde naar onderzoek aan moleculaire motoren, die zouden kunnen leiden tot dergelijke onderzeeërs.

Figuur 3: De onderzeeër in de bloedbaan in de film ‘Fantastic Voyage’

Moleculen zijn klein. Ze worden gemeten in nanometers. Nanowetenschappers manipuleren moleculen om zo materialen te maken met nieuwe eigenschappen. Daarmee kun je nieuwe dingen maken zoals onbrandbaar karton, heel kleine computerchips, efficiënte medicijnen of textiel waar water zomaar vanaf glijdt. Prof. dr. Ben Feringa, hoogleraar organische chemie aan de Rijks Universiteit Groningen, deelde in 2016 met twee andere wetenschappers de Nobelprijs voor scheikunde. Feringa (zie figuur 4) houdt zich bezig met onderzoek op het terrein van de nanotechnologie. Hij bouwde onder andere een moleculaire motor (zie figuur 5) en een moleculaire schakelaar.

(4)

4 / 10

Figuur 4: Ben Feringa ontvangt de Nobelprijs van de Zweedse koning Carl XVI Gustaf

Figuur 5: Een moleculaire motor

1p 5 Hoeveel nanometer (nm) passen er in 1 cm?

(5)

5 / 10

1p 7 Leg uit wat de functie is van ultraviolet licht bij de moleculaire motor.

Feringa denkt aan toepassing van zijn moleculaire schakelaar bij gericht aanbieden van medicijnen. Door licht aan te bieden kan hij die schakelaar van de uit-stand naar de aan-stand omzetten.

2p 8 Leg het voordeel van deze mogelijke toepassing uit bij het gebruik van antibiotica.

Romantische liefde in de scan

Verschillende onderzoekers deden onderzoek naar de neurale achtergrond van romantische liefde.

Zij lieten smoorverliefde proefpersonen foto’s zien van hun geliefden en van een aantal vrienden van hen. Alle personen op de foto’s hadden dezelfde leeftijd en hetzelfde geslacht als de geliefden. Daarbij werden scans van de hersenen van de proefpersonen gemaakt. In figuur 6 zie je waar de scans bij het kijken naar de geliefden anders reageerden dan bij het kijken naar vrienden. Er werd bij de proefpersonen niets ingespoten.

Figuur 6: De hersendelen die actief zijn bij verliefde mensen.

Zwarte pijl: nucleus caudatus; witte pijl: ventrale tegmentale gebied. 2p 9 Welke scantechniek wordt hier toegepast?

A CT B EEG C fMRI

D PET

1p 10 Welke term gebruikt men in het onderzoek voor de groep vrienden?

Het stofje dat signalen doorgeeft in de twee actieve hersendelen bij verliefde mensen, is dopamine.

De angstremmer seroxat remt de dopamineproductie.

(6)

6 / 10

lees verder ►►► Bij verliefde mensen wordt veel stresshormoon cortisol aangemaakt. Daardoor wordt de sprong naar een onbekende persoon gewaagd en dat stimuleert weer de aanmaak van het hormoon oxytocine, dat liefde en zorg voor anderen stimuleert.

2p 12 Van welk proces is de aanmaak van oxytocine een voorbeeld? A Antagonisme

B Negatieve terugkoppeling C Positieve terugkoppeling D Synergie

Volgens Donatella Marazziti van Uni Pisa (figuur 7) lijkt verliefdheid op obsessief-convulsieve stoornis (dwangneurose). Die bewering baseerde zij op scanonderzoek van mensen met een dwangneurose.

Figuur 7: Donatella Marazziti

1p 13 Geef aan wat Marazziti waarnam bij die scans.

NASA: Eerste snoekduik bij Saturnus is geslaagd

Figuur 8: Art impression Saturnus

Lees het onderstaande artikel uit de NRC van 27 april 2017.

De eerste snoekduik van de ruimtesonde Cassini is geslaagd, maakte de NASA bekend. Daarmee is de serie van (te berekenen aantal) van N duikvluchten waarmee de eindfase van het lange leven van de Saturnus-sonde eindigt, echt begonnen.

(7)

7 / 10

Woensdagmiddag 26 april 2017 dook de NASA-sonde in het gat tussen de atmosfeer en de ringen van Saturnus, met een snelheid van meer dan 100.000 kilometer per uur. Tijdens de snoekduik vloog de sonde vlak langs de binnenste zichtbare ring: hij passeerde die op maar 300 kilometer afstand. De verwachting was dat Cassini geen gruis op zijn weg zou vinden, maar voor de zekerheid werd de vier meter grote schotelantenne van de sonde tijdens de snoekduik als schild gebruikt. Bij elke duik bestaat het risico dat de sonde door onverwacht gruis beschadigd raakt.

Nu heeft de ruimtesonde bijna geen raketbrandstof meer. De NASA laat hem op 15

september 2017 opslokken door de atmosfeer van Saturnus, maar voor die tijd zal Cassini de serie van (te berekenen aantal) van N duikvluchten tussen de planeet en zijn ringenstelsel maken. Daarbij doet de sonde metingen aan het zwaartekrachtsveld en de magnetische velden van Saturnus, en maakt hij foto’s.

Vandaag zijn de eerste foto’s van de duikvlucht aangekomen. Op de nog onbewerkte beelden is de atmosfeer van Saturnus te zien, van heel dichtbij: Cassini vloog er op 3.000 kilometer afstand langs. Op dinsdagmorgen 2 mei maakt de sonde zijn volgende duik. 2p 14 Wat is de functie van de resterende raketbrandstof?

A Om de raket op snelheid te houden. B Om de raket te draaien.

C Om de raket te versnellen, te vertragen en te draaien.

D Om de raket op snelheid te houden, te versnellen, te vertragen en te draaien.

3p 15 Bereken het genoemde aantal van N duikvluchten dat in de eindfase van deze ruimtemissie

wordt uitgevoerd.

2p 16 Leg uit dat de ringen rond Saturnus op hun plaats blijven, terwijl ze voornamelijk uit los gesteente bestaan.

Stel dat Cassini niet tussen de ring en Saturnus vliegt, maar van de eerste ring naar het oppervlak van Saturnus.

2p 17 Laat met een berekening zien dat Cassini dan 2,0 minuten nodig heeft om deze afstand af te leggen.

Gegeven is dat de gemiddelde afstand van Saturnus tot de zon 9,5 AE is.

3p 18 Bereken met dit gegeven de minimale en de maximale tijd in minuten die een radiosignaal met de lichtsnelheid ervoor nodig heeft om vanaf de aarde Cassini te bereiken en leg aan de hand daarvan uit dat de baan van Cassini een wetenschappelijke prestatie wordt genoemd.

Planteneters veranderen landschap

Lees het onderstaande fragment uit een persbericht van Froukje Rienks van het NIOO-KNAW van 27 oktober 2015.

Het uitsterven van grote planteneters zoals mammoeten en reuzenluiaards blijkt ingrijpende prehistorische veranderingen in plantengroei en landschap te verklaren. Die kwamen dus niet alleen door klimaatverandering, zoals eerder gedacht. De gevolgen zien we vandaag de dag nog, zoals de toegenomen kans op natuurbranden en een verstoring van de

(8)

8 / 10

Figuur 9: Een leeuw en een aantal hedendaagse grote grazers

Een bijzondere combinatie van moderne en paleo-ecologen onderzocht het effect van het uitsterven van deze grote grazers in de prehistorie. Ook hedendaagse grazers – juist ook in combinaties, van groot tot klein – veranderen het landschap van bosrijk naar meer open. Gegevens vanuit beide tijden maken nu het beeld van zulke ‘ecosysteem-ingenieurs’ compleet.

Met nieuwe technieken konden de paleo-ecologen achterhalen dat struiken en bomen steeds talrijker werden na het uitsterven van de grote planteneters in het Late Pleistoceen, vanaf ongeveer 50.000 jaar geleden. Zo zijn er bepaalde ‘poepschimmels’ die alleen in de oude bodemlagen terug te vinden waren als er ook poep van deze dieren aanwezig was. Pas als er nog maar weinig poepschimmels (en dus weinig grote grazers) waren te vinden, liepen de aantallen stuifmeelkorrels van de houtige gewassen op. Ook waren er grote veranderingen in de soorten planten. Maar hoe kwam dat?

Onderzoeksleider Liesbeth Bakker van het NIOO-KNAW legt uit: “Grote planteneters zijn niet slechts lijdzame slachtoffers. Nee, ze veranderen hun omgeving echt actief. Dit heeft grote gevolgen voor andere soorten, en voor de structuur van het hele landschap.” Ook de verspreiding van hun poep en vooral de voedingsstoffen erin heeft fikse invloed op de bodemvruchtbaarheid.

Het meeste onderzoek richtte zich eerder op de oorzaken van het uitsterven, benadrukt het onderzoeksteam uit Europa, de Verenigde Staten en Australië. Klimaatverandering zou de vegetatieveranderingen veroorzaakt hebben, dacht men. Tot nu toe. “Als je ziet welke enorme invloed de grote grazers nu hebben op de natuur, kun je je inderdaad onmogelijk voorstellen dat na het uitsterven van hun prehistorische voorgangers de plantengroei hetzelfde bleef,” beschrijft Bakker. Daarom stellen de onderzoekers voor om de ‘openheid’ van het landschap voortaan te voorspellen op basis van de diversiteit van de

grazersgemeenschap en de dichtheden van deze dieren. En dat kunnen ze nu ook terugrekenen naar het eind van het Pleistoceen.

Wat zien we nu nog terug in de huidige natuur? Een ‘onderbegraasd’ landschap, dus zonder grote planteneters, leidt tot meer en heftigere natuurbranden. Dat zag je ook na het

prehistorische uitsterven: er is meer plantenmateriaal omdat het niet opgegeten wordt, en dus meer ‘brandstof’. Ook nu nemen de grote planteneters wereldwijd af in aantal.

1p 19 Waarom noemt de schrijver van het artikel grote grazers ‘ecosysteem-ingenieurs’?

(9)

9 / 10

1p 21 Waren er in het begin van het Pleistoceen al grote grazers? Leg uit waar je je antwoord op baseert.

2p 22 Wat is de rol van de poepschimmels in de kringloop van koolstofverbindingen op en in de bodem?

Vroeger dacht men dat de verandering van de vegetatie vooral door klimaatverandering werd veroorzaakt.

2p 23 Leg uit hoe opwarming van de aarde de plantengroei kan beïnvloeden.

2p 24 Leg uit dat dit onderzoek het mogelijk maakt om voorspellingen te doen over het gevolg van ingrepen in de natuur door de mens, zoals het inzetten van grote grazers.

Waterstof voor transport

In de jaren dertig van de twintigste eeuw werden er in Duitsland zeer grote zeppelins gebouwd. Men bouwde deze zeppelins zo groot vanwege de plannen om helium (He) te gaan gebruiken, in plaats van het gangbare waterstof (H2). Oorspronkelijk was het luchtschip ontworpen om te ‘varen’ op onbrandbaar helium. Dat varen is eigenlijk drijven in de lucht, net als met heteluchtballonnen, die drijven doordat verwarmd gas een lage dichtheid heeft. Alleen de Verenigde Staten produceerden voldoende helium. Met Hitler in Duitsland aan de macht en het toenemende gevaar voor oorlog, weigerden de Amerikanen helium te leveren. Men vreesde dat het later voor militaire doeleinden zou worden aangewend. Na de ramp met de zeppelin LZ129 Hindenburg, waarbij het waterstofgas explodeerde, werden er geen grote zeppelins meer geproduceerd.

Figuur 10: Zeppelin LZ129 Hindenburg, neergestort op 6 mei 1937.

Tegenwoordig wordt waterstof weer in het transport gebruikt, bijvoorbeeld in waterstofauto’s. In een waterstofauto kan waterstof in een brandstofcel met zuurstof worden omgezet in water. Hierbij wordt elektriciteit geproduceerd die een elektromotor aandrijft.

2p 25 Van welke twee verschillende stofeigenschappen van waterstof maakt men gebruik bij enerzijds zeppelins en anderzijds waterstofauto’s?

2p 26 Leg met behulp van gegevens uit Binas Tabel 12 uit waarom de zeppelins groter moeten zijn als helium wordt gebruikt in plaats van waterstof.

(10)

10 / 10

einde ■ Waterstof kan worden geproduceerd uit aardgas door stoomreforming. Aardgas bestaat voor het grootste gedeelte uit methaan (CH4). Methaan reageert met waterdamp in de eerste reactor, de reformer, bij een temperatuur van 700 – 1100°C tot koolstofmonoxide (CO) en waterstof. De koolstofmonoxide wordt vervolgens doorgevoerd naar een tweede reactor, de water-gassplitser, waar het bij 130°C met waterdamp reageert tot waterstofgas en

koolstofdioxide.

3p 27 Geef de kloppende reactievergelijkingen die plaatsvinden in de reformer en de water-gassplitser. Noteer je antwoord als volgt:

Reactie reformer: ………….  …………..

Reactie water-gassplitser: ………….  …………..