Waterpest onder de lamp: hoeveel zegt de belletjestelling?
Twee leerlingen onderzoeken de invloed van lichtsterkte op de fotosynthese van waterpest. Ze zetten een bak met waterpest op 10 cm van een gloeilamp en tellen gedurende drie minuten de zuurstofbelletjes die omhoog stijgen. Daarna herhalen ze de proef op 20, 30 en 40 cm afstand. De lamp blijft steeds branden; tussen de metingen wachten ze twee minuten. De leerlingen gebruiken voor elke meting dezelfde bak, hetzelfde water en dezelfde hoeveelheid waterpest. Hun resultaten in belletjes per minuut: 10 cm → 42; 20 cm → 28; 30 cm → 17; 40 cm → 11. De watertemperatuur meten ze niet. Een leerling concludeert: 'Hoe dichter bij de lamp, hoe meer fotosynthese.' De docent vraagt zich af of deze conclusie wel mag worden getrokken. Ook wil hij weten wat er bij 50 cm zou gebeuren.
1. Benoem de onafhankelijke en de afhankelijke variabele. Leg daarna uit of de conclusie van de leerling met deze resultaten volledig mag worden getrokken.
Read the worked answer
Onafhankelijke variabele: de afstand tot de lamp, en daarmee de lichtsterkte. Afhankelijke variabele: het aantal zuurstofbelletjes per minuut, als maat voor de fotosynthesesnelheid.
De conclusie is maar gedeeltelijk juist. De resultaten dalen wel netjes van 42 naar 11 belletjes per minuut naarmate de afstand toeneemt, dus er is een duidelijk verband tussen lichtsterkte en fotosynthese. Maar de leerlingen hebben niet gecontroleerd of een andere factor meeverandert. Een gloeilamp geeft ook warmte: dichterbij is het water warmer. Temperatuur beïnvloedt de werking van enzymen en dus ook de fotosynthese. De daling kan dus (deels) door temperatuur komen in plaats van door licht. Zonder temperatuurmeting is 'hoe dichterbij, hoe meer fotosynthese' niet hard te maken.
2. Leg uit welke fout in de proefopzet zit en hoe de leerlingen de proef kunnen verbeteren.
Read the worked answer
De fout is dat de temperatuur van het water niet constant wordt gehouden en niet wordt gemeten. De gloeilamp verwarmt het water, en op 10 cm meer dan op 40 cm. Daardoor verschillen de omstandigheden tussen de metingen op meer dan één punt.
Verbeteringen: gebruik een warmtefilter of een ledlamp die weinig warmte afgeeft, zet de bak in een waterbad van bijvoorbeeld 20 °C, of meet in ieder geval de temperatuur bij elke afstand en noteer die. Herhaal elke meting een paar keer en neem het gemiddelde, zodat toeval minder invloed heeft. Houd ook de hoeveelheid waterpest, de hoeveelheid water en de wachttijd voor elke meting gelijk. Pas dan mag je de verschillen aan de lichtsterkte toeschrijven.
3. Voorspel het aantal belletjes per minuut bij 50 cm en leg je voorspelling uit.
Read the worked answer
Kijk naar de verschillen: 42 → 28 is een daling van 14, 28 → 17 van 11 en 17 → 11 van 6. De daling wordt steeds kleiner; de grafiek vlakt dus af. Bij 50 cm verwacht je daarom ongeveer 5 tot 7 belletjes per minuut: duidelijk minder dan 11, maar niet nul.
Er zit ook een ondergrens aan. Bij weinig licht daalt de fotosynthese tot het punt waarop ze even groot is als de verbranding; er komen dan geen belletjes meer vrij. Bovendien is een precieze voorspelling niet mogelijk zonder de temperatuur te kennen en zonder een meting bij 50 cm. De waarde is dus een schatting op basis van de trend, geen zekerheid.