Lesdoelen
- De leerling kan de hefboomwet (kracht × arm) toepassen op de flipper en kwantitatief uitleggen waarom de tip van de flipper sneller beweegt dan de servo-as draait. LPD 19
- De leerling kan het flippermechanisme als constructie onderzoeken: draaipunt, arm, bevestiging op de servo en stevigheid van de montage op het testplankje. LPD 15
- De leerling kan een sturing bouwen met een invoerorgaan (drukknop) en een uitvoerorgaan (servo) en de flipper laten slaan bij een knopdruk. LPD 17
- De leerling kan de slagafstand systematisch meten bij drie slaghoeken (30°/45°/60°), de resultaten in een tabel noteren en er een besluit uit trekken. LPD 19
Lesverloop (5 lesuren)
| Blok | Duur | Fase | Wat gebeurt er |
|---|---|---|---|
| 1 | 15 min | Instap | Slow-motion filmpje van een echte flipperkast (0,25× snelheid). Kijkopdracht: waar zit het draaipunt? Hoe lang duurt één slag? Waarom raakt de flipper de bal zo hard terwijl de spoel maar een piepklein stukje beweegt? |
| 1 | 25 min | Instructie | De hefboomwet op het bord: kracht × arm aan de ene kant = kracht × arm aan de andere kant. Doorgerekend op onze flipper: de servo werkt op 1 cm van het draaipunt, de tip zit op 6 cm — de tip beweegt dus 6× verder én 6× sneller. Snelheid is precies wat de bal nodig heeft. |
| 1 | 10 min | Begeleid | Drie korte hefboom-oefeningen op papier (breekijzer, notenkraker, flipper) + buddy-check. Wie de flipper-som juist heeft, mag naar het testplankje. |
| 2 | 50 min | Zelfstandig | Bouwen, deel 1: servo in de houder schroeven, houder op het testplankje, geprinte flipper op de servo-arm klikken (kruiskop-arm gebruiken!). Servo aansluiten: oranje = signaal (pin 9), rood = 5 V, bruin = GND. |
| 3 | 50 min | Zelfstandig | Bouwen, deel 2: drukknop op het plankje (pin 7, met pull-down zoals in week 11) + de FLIP-code in mBlock: rust op 20°, bij knopdruk naar 65° en meteen terug. Eerste geslaagde FLIP = foto in het logboek. |
| 4 | 50 min | Zelfstandig | Tunen: rusthoek en slaghoek bijstellen tot de slag "klikt" (te grote slag = de servo remt zichzelf af, te kleine slag = geen kracht). Wachttijd tussen slag en terugkeer verkorten tot 0,15 s. Testen met een knikker op een gladde plank. |
| 5 | 35 min | Onderzoek | De slagmeting: knikker telkens op dezelfde startplek, slagafstand meten bij slaghoek 30°, 45° en 60° — telkens 3 metingen, gemiddelde in de tabel. Welke hoek slaat het verst? Is 2× zo veel hoek ook 2× zo ver? |
| 5 | 15 min | Afsluiting | Logboek: meettabel + "welke hoeken heb ik gekozen en waarom?". Testplankje labelen met naam en in de kast — het moet tot week 26 blijven bestaan. XP-moment. |
Instructie: de flipper is een hefboom
1 · De hefboomwet op de flipper
Een hefboom ruilt kracht voor snelheid (of omgekeerd). De servo duwt dicht bij het draaipunt met veel kracht; de tip van de flipper beweegt daardoor een veel grotere boog — en dat levert snelheid.
Rekenvoorbeeld: de servo-as draait de korte arm 1 cm; de tip legt dan 6 cm af in dezelfde tijd → de tip is 6× sneller. De prijs: aan de tip blijft maar 1/6 van de kracht over — genoeg voor een knikker, te weinig voor een zware stalen kogel bij een kleine servo.
2 · De FLIP-code
Rust op 20°, slaan op 65°, en héél kort vasthouden zodat de servo zijn slag kan afmaken. Dit is exact blokpuzzel 4 uit het Blokkenboek.
wanneer Arduino Uno opstart
herhaal voortdurend
zet servo pin 9 op hoek 20
wacht tot flipperknop (pin 7) = ingedrukt
zet servo pin 9 op hoek 65
wacht 0.15 seconden
Waarom 20° en niet 0°? Aan de rand van zijn bereik bromt en trilt een servo. Waarom 65° en niet 180°? Een slag van 45° is af vóór de bal weg is — een grotere zwaai maakt de flipper alleen maar trager. Tunen mag: dit zijn startwaarden.
Waarom slaat een echte flipperkast zo veel harder?
Een caféflipper gebruikt geen servo maar een solenoïde: een elektromagneet die het mechanisme in
±30 milliseconden omtrekt, met tot 50 volt. Onze servo doet er ruim 100 ms over — vandaar de
tafelversie met knikker. De solenoïde-flipper bestaat als verdieping, maar uitsluitend onder
begeleiding van de leerkracht (12 V, aparte voeding, MOSFET-module — zie
de uitbreidingen bij level 4).
Opdrachten
Kernopdracht (iedereen)
- Los de drie hefboom-oefeningen op (buddy-check).
- Monteer servo + houder + flipper op het testplankje.
- Sluit knop (pin 7) en servo (pin 9) aan volgens schema.
- Programmeer de FLIP: rust 20° → knop → 65° → terug.
- Tune rusthoek, slaghoek en wachttijd tot de slag "klikt".
- Meet de slagafstand bij 30°/45°/60° — 3× per hoek, tabel in het logboek.
Basis-pad
Gebruik het aangereikte flipper-ontwerp en de voorgeboorde servohouder. De FLIP-code mag uit het Blokkenboek (puzzel 4) overgenomen worden. Meting bij 2 hoeken (30° en 60°) in plaats van 3 volstaat — zelfde tabel, zelfde besluit in het logboek.
Uitbreidingen
- Eigen flipper-ontwerp: teken in Fusion een flipper met een andere vorm of lengte en vergelijk de slagafstand met het standaardmodel.
- Tweede flipper: een linker- én rechterflipper op één plankje, elk met een eigen knop (twee servo's, let op de voeding).
- Solenoïde-demo: alleen samen met de leerkracht — voel het verschil in slagkracht en verklaar het met de hefboomwet.
Materiaal deze week
- Per leerling: Uno + breadboard + USB, servo (SG90 of MG90S) met kruiskop-arm, drukknop, jumpers
- 3D-geprinte flippers + servohouders (vooraf geprint; 1 reserve per 4 leerlingen)
- Testplankjes (MDF-rest ±20 × 30 cm) + schroefjes of warmlijm
- Knikkers (2 per leerling) + gladde afschietplank met meetlat of rolmeter
- Slow-motion filmpje echte flipperkast klaargezet + gradenboog-sjablonen voor de hoekmeting
Leerkracht-hoek
- Verwachtingen beheren: de servo-flipper voelt trager dan een echte kast — en dat klopt ook. Benoem het expliciet in de instap (solenoïde vs. servo) zodat niemand zijn eigen werk "kapot vergelijkt" met het café. Een lichte flipper (weinig vulling), een slag van max. 45° en een knikker in plaats van een stalen kogel maken het verschil.
- Testplankjes bewaren tot na de vergunning! Label elk plankje meteen bij de afsluiting. De demo van boss 4 (week 26) draait op deze module, en in april wordt de bewezen module overgezet in de kast. Niets demonteren.
- Verwachte struikelblokken: flipper niet vast op de kartelas (kruiskop-arm + schroefje gebruiken); servo bromt in rust (rusthoek weg van 0°); Arduino reset bij het slaan (servo trekt te veel stroom via USB — condensator of aparte 5 V-voeding zoals in week 17).
- Meetdiscipline: laat de knikker telkens vanaf een gemarkeerde startstip vertrekken en meet tot waar hij stilvalt, niet tot de eerste botsing. Drie metingen per hoek is de norm — dit is de opwarmer voor het grote launcher-onderzoek van week 22.
Side quests die hier mooi bij passen
CAD-Wizard (een eigen flipper-vorm ontwerpen in Fusion) ·
Print-Dokter (een mislukte flipper-print diagnosticeren en opnieuw
slicen) · Debug-Detective (leerkracht saboteert een FLIP-opstelling:
verwissel signaaldraad of hoeken).