Druk uitgeoefend door een gas

HOOFDTITEL
PR
O
EF
DRUK
HOOFDSTUK 1
HET BEGRIP DRUK
HOOFDSTUK 2
DRUK OP EEN VLOEISTOF
HOOFSTUK 3
DRUK IN EEN VLOEISTOF
HOOFDSTUK 4
PR
O
EF
DRUK BIJ GASSEN
Probeer het eens uit.
CHECK
IN
Vul een glas tot de rand met water.
Leg een stevig stukje papier op het glas,
zodat er geen lucht tussen papier en water
achterblijft.
Draai het glas voorzichtig om, terwijl je het
papiertje blijft vasthouden.
Laat het papiertje los.
Waarom loopt het water niet uit het omgekeerde glas?
@ NAWE_A_02_02_004@
Je bent nu ingecheckt.
Wanneer je uitcheckt op het einde van dit thema, zul je kunnen verklaren waarom het glas niet leegloopt.
2
Druk
HOOFDSTUK 1
HET BEGRIP DRUK
1
Onderzoeksvraag
Wanneer is, bij een gelijk contactoppervlak, de vervorming van een laag glaswol het grootst?
Hypothese
De vervorming bij een gelijk contactoppervlak is n het grootst als de inwerkende kracht groot is.
n het grootst als de inwerkende kracht klein is.
n niet afhankelijk van de inwerkende kracht.
Benodigdheden
twee gelijke stukken glaswol van voldoende dikte | vier bakstenen
PR
O
EF
Proefopstelling
Werkwijze
• Leg op het eerste stuk glaswol één baksteen.
• Leg op het tweede stuk glaswol een stapel van drie bakstenen.
Waarneming
Besluit
De vervorming bij een gelijk contactoppervlak is het grootst als de inwerkende kracht groot is .
2
Onderzoeksvraag
Wanneer is, bij gelijke kracht, de vervorming het grootst?
Hypothese
De vervorming bij gelijke kracht is n het grootst als het contactoppervlak klein is.
n het grootst als het contactoppervlak groot is.
n niet afhankelijk van het contactoppervlak.
Benodigdheden
twee gelijke stukken glaswol van voldoende dikte | twee bakstenen
Hoofdstuk 1 - HET BEGRIP DRUK
3
Proefopstelling
Werkwijze
• Leg op het eerste stuk glaswol een baksteen op zijn grootste vlak.
• Leg op het tweede stuk glaswol een baksteen op zijn kleinste zijvlak.
Besluit
PR
O
EF
Waarneming
De vervorming bij gelijke kracht is het grootst als het contactoppervlak klein is
Verwerking
.
De verhouding grootte van de kracht beschrijft de indrukking of vervorming. Die verhouding is de
oppervlakte
druk die de inwerkende kracht veroorzaakt.
a Hoe kun je de druk op de ondergrond verkleinen?
• definitieDe druk is de verhouding van de grootte van de kracht tot de grootte van het contactoppervlak waarover de kracht inwerkt.
• formule
p= F
A
Het symbool voor druk is p.
[kracht]
[oppervlakte]
[p] = [F] = 1 N = 1 1 N = 1 Pa
[A]
1 m2
m2
De eenheid van druk is de pascal, symbool: Pa.
• eenheid
[druk] =
• betekenis
1 Pa = 1 N
m2
Er is een druk van 1 Pa als er een kracht van 1 N inwerkt op een contactoppervlakte
van 1 m².
Hectopascal is een veelgebruikt veelvoud. hPa = 100 Pa = 1 × 102 Pa
4
Druk
In de formule van druk kun je de inwerkende kracht afzonderen:
p= F àF=p×A
A
De kracht die de druk veroorzaakt, is de drukkracht
.
Er is een groot verschil tussen druk en drukkracht.
In technische toepassingen wordt nog heel vaak de eenheid bar gebruikt.
1 bar = 1 × 105 Pa
In de binnenband van een fiets is p = 5 bar.
b Kruis aan.
Stevige prik met naald
Dame op naaldhakken
■■ groot contactoppervlak
■■ klein contactoppervlak
■■ vergrote druk
■■ verkleinde druk
■■ groot contactoppervlak
■■ klein contactoppervlak
■■ vergrote druk
■■ verkleinde druk
■■ groot contactoppervlak
■■ klein contactoppervlak
■■ vergrote druk
■■ verkleinde druk
Breekmes
Vogelpoot met vliezen
Man op sneeuwschoenen
■■ groot contactoppervlak
■■ klein contactoppervlak
■■ vergrote druk
■■ verkleinde druk
■■ groot contactoppervlak
■■ klein contactoppervlak
■■ vergrote druk
■■ verkleinde druk
■■ groot contactoppervlak
■■ klein contactoppervlak
■■ vergrote druk
■■ verkleinde druk
Redding met hansaboard
Wiel van monstertruck
Stevige hak met scherpe bijl
■■ groot contactoppervlak
■■ klein contactoppervlak
■■ vergrote druk
■■ verkleinde druk
■■ groot contactoppervlak
■■ klein contactoppervlak
■■ vergrote druk
■■ verkleinde druk
■■ groot contactoppervlak
■■ klein contactoppervlak
■■ vergrote druk
■■ verkleinde druk
PR
O
EF
Bulldozer op rupsbanden
Hoofdstuk 1 - HET BEGRIP DRUK
5
Onderzoeksvraag
Waarom ligt een fakir op een bed met veel spijkers?
Hypothese
Door de vele spijkers is er n een kleinere druk met een groot contactoppervlak.
n een grotere druk met een klein contactoppervlak.
n geen invloed op de druk.
Benodigdheden
• plankje met veel spijkers van dezelfde lengte
• plankje met één spijker
• appel
PR
O
EF
Proefopstelling
Werkwijze 1
Laat de appel van een hoogte van 20 cm vallen op het plankje met veel spijkers.
Waarneming 1
Werkwijze 2
Laat de appel van dezelfde hoogte vallen op het plankje met één spijker.
Waarneming 2
Besluit
De fakir ligt op een bed met veel spijkers omdat het contactoppervlak dan veel groter is,
terwijl de grootte van de kracht hetzelfde blijft. Bij veel spijkers is de druk veel
kleiner.
a Wat moet je doen om op eieren te staan zonder ze te breken?
b Een kast steunt op zes poten. Elke poot heeft een contactoppervlak van 0,00160 m².
Bereken de druk op de vloer als de kast een massa van 120 kg heeft.
Gegeven
6
Druk
Gevraagd
Oplossing
Antwoord
PR
O
EF
c Janne en Sanne zitten op een slee. Die heeft een
totaal contactoppervlak van 100 cm2. Het ijs van
de vijver kan maar een druk van 85,0 hPa weerstaan. De slee heeft een massa van 15,0 kg.
Bereken de maximale massa van Janne en Sanne
samen.
Gegeven
Gevraagd
Oplossing
Antwoord
Hoofdstuk 1 - HET BEGRIP DRUK
7
d Een tractor met een massa van 5090 kg oefent een druk van 200 hPa uit op de ondergrond. Bereken
de grootte van het contactoppervlak.
Gegeven
Gevraagd
Antwoord
PR
O
EF
Oplossing
• De druk is de verhouding van de grootte van de inwerkende kracht tot de grootte van het contactoppervlak waarover de kracht inwerkt.
• p =
• Druk heeft als eenheid pascal.
• 1 Pa = 1 N
m2
• Als de grootte van de inwerkende kracht gelijk blijft, kun je:
– de druk vergroten door het contactoppervlak te verkleinen;
– de druk verkleinen door het contactoppervlak te vergroten.
8
Druk
HOOFDSTUK 2
DRUK OP EEN VLOEISTOF
Wet van Pascal
Onderzoeksvraag
Wat gebeurt er met het vloeistofniveau in de glazen buisjes als je druk uitoefent op het water door de
gummipeer in te drukken?
1
Hypothese
Duid de vloeistofniveaus aan.
PR
O
EF
2.1
Benodigdheden
toestel van Pascal
Proefopstelling
Werkwijze
Duw op de gummipeer.
Waarneming
Door de druk boven de vloeistof te verhogen, zie je de vloeistof overal evenveel stijgen
Hoofdstuk 2 - DRUK OP EEN VLOEISTOF
9
Besluit
De vloeistof stijgt in alle buisjes evenveel.
Verwerking
Aangezien de vloeistof in alle buisjes evenveel stijgt
te voort.
, plant de druk zich met dezelfde groot-
Onderzoeksvraag
Plant de druk zich in alle richtingen voort?
2
Benodigdheden
petfles met vele kleine openingen in het bovenste deel
PR
O
EF
Proefopstelling
Werkwijze
• Vul de fles voor de helft met water en sluit ze af.
• Draai de fles om en duw erop.
Waarneming
Besluit
De druk uitgeoefend op een vloeistof plant zich in alle richtingen voort
• Een druk uitgeoefend op een deel van een vloeistof, in een afgesloten vat, plant zich ongewijzigd
voort in alle richtingen in de hele vloeistof. Dat is de wet van Pascal.
Hydraulische systemen
2.2
Onderzoeksvraag
Hoe verhouden de krachten F1 en F2 zich die uitgeoefend worden op de kleine en grote zuiger?
Hypothese
Noteer je eigen hypothese.
Benodigdheden
model van een hydraulisch systeem
10
Druk
.
Proefopstelling
Een grote en kleine injectiespuit zijn met elkaar verbonden door een kunststof buisje.
Het geheel is luchtvrij gevuld met water.
PR
O
EF
Werkwijze
• Neem in elke hand zodanig een spuit vast dat je duim vrij blijft.
• Duw eerst met je duim op de kleine zuiger in de kleine spuit. Voel de kracht waarmee de grote
zuiger omhoogkomt.
• Beoordeel de verplaatsingen van de kleine en de grote zuiger.
• Duw op de grote zuiger en voel de kracht waarmee de kleine zuiger omhoogkomt.
• Beoordeel opnieuw de verplaatsingen.
Waarneming
Besluit
Bij een hydraulisch systeem is de grootte van kracht F1
Een hydraulische pers bestaat, net zoals het model,
uit twee verbonden cilinders met verschillende
diameter. In elke cilinder zit een zuiger. De afgesloten
ruimte is volledig gevuld met een vloeistof, meestal
olie.
F2
A
2
Je oefent een kracht F1 uit op de kleine zuiger A1. Die
kracht veroorzaakt een druk die je kunt noteren als
p1 = F1
F1
A1
De verhoogde druk plant zich ongewijzigd voort en
veroorzaakt op de grote zuiger met oppervlakte A2
een kracht F2.
De overeenkomstige druk kun je schrijven als
p2 = F2
A2
Volgens de wet van Pascal is de totale druk overal gelijk. p2 = p1
Deze vergelijking kun je ook schrijven als F2 = F1 of als F2 = F1 × A2
A2
A1
A1
Door met een kleine kracht F1 op de kleine zuiger te duwen, bekom je een grote kracht F2 op de grote
zuiger. Maar de druk blijft gelijk.
A1
Hoofdstuk 2 - DRUK OP EEN VLOEISTOF
11
Papierpers
Hydraulische lift
Bij een hydraulische pers zit boven de grote zuiger een stevig blok, dat onbeweeglijk verbonden is met
het vaste lichaam van de pers. Al het materiaal dat zich boven de grote zuiger bevindt, wordt bij elkaar
geperst.
Bij een hydraulische lift is er geen stevig blok en wordt het voorwerp verplaatst.
PR
O
EF
Het remsysteem van vervoermiddelen zoals auto’s,
vrachtwagens, bussen, motorfietsen en zelfs fietsen
steunt op het principe van de hydraulische pers. De
remleidingen en de remcilinders zijn gevuld met
remolie. Door op het rempedaal te duwen, is er een
verplaatsing van de zuiger in de hoofdremcilinder.
De druk uitgeoefend door de zuiger op de remvloeistof verplaatst zich door de leidingen. In de wielremcilinders is er een verplaatsing van de zuigers,
waardoor de remblokken tegen de remschijf duwen.
grote zuiger
trommelrem
kleine zuiger
schijfrem
grote zuiger
Hydraulisch remsysteem
a Op de kleine zuiger van een hydraulische pers oefen je een kracht van 30,0 N uit. De kleine zuiger heeft
een oppervlakte van 0,000500 m²; de grote zuiger een oppervlakte van 0,0120 m².
Bereken de grootte van de kracht op de grote zuiger.
Gegeven
Gevraagd
Oplossing
12
Druk
Antwoord
b In een garage wordt een auto met een kracht van 15 000 N omhooggeduwd. Op de kleine zuiger, met
een oppervlakte van 0,0002 m², werkt een kracht van 100 N.
Bereken de oppervlakte van de grote zuiger.
Gegeven
Oplossing
Antwoord
PR
O
EF
Gevraagd
• Hydraulische systemen zijn een toepassing van de wet van Pascal.
• Bij een hydraulisch systeem zal een kleine kracht uitgeoefend op een klein oppervlak, een grote kracht op een groot oppervlak opwekken.
• F2 = F1
A2
A1
Hoofdstuk 2 - DRUK OP EEN VLOEISTOF
13
PR
O
EF
14
Druk
HOOFDSTUK 3
DRUK IN EEN VLOEISTOF
a Je duikt in een diep zwembad.
Wat stel je vast op je lichaam naarmate je dieper en dieper duikt?
Op je trommelvliezen en je huid voel je een druk van het water.
De druk uitgeoefend door het water is de hydrostatische druk.
1
Onderzoeksvraag
Hoe is de hydrostatische druk in eenzelfde vloeistofvlak?
PR
O
EF
Hypothese
De hydrostatische druk in eenzelfde laag is n verschillend van plaats tot plaats.
n overal even groot.
Benodigdheden
U-vormige buis | rubberen darm | recht glazen buisje | glazen bak
Proefopstelling
h
Werkwijze
• Vul de glazen bak met water.
• Beweeg het glazen buisje op eenzelfde diepte doorheen het water.
• Vergelijk de druk.
Waarneming
Besluit
De hydrostatische druk in eenzelfde vloeistofvlak is gelijk
.
Hoofdstuk 3 - DRUK IN EEN VLOEISTOF
15
Onderzoeksvraag
Hoe is de hydrostatische druk in verschillende richtingen op eenzelfde diepte?
2
Hypothese
De hydrostatische druk op eenzelfde diepte in de vloeistof is n verschillend en afhankelijk van
de meetrichting.
in
n alle richtingen even groot.
Benodigdheden
U-vormige buis | rubberen darm | glazen bak | gebogen glazen buisje
PR
O
EF
Proefopstelling
h
Werkwijze
• Vul de glazen bak met water.
• Houd het gebogen glazen buisje op eenzelfde diepte.
• Draai het buisje in verschillende richtingen.
Waarneming
De druk is in alle richtingen even groot.
Besluit
De hydrostatische druk in eenzelfde punt is in alle richtingen even groot
16
Druk
.
3
Onderzoeksvraag
Heeft de diepte in de vloeistof invloed op de hydrostatische druk?
Hypothese
De hydrostatische druk is n groter bij een grotere diepte.
n kleiner bij een grotere diepte.
n onafhankelijk van de diepte.
Benodigdheden
U-vormige buis | rubberen darm | recht glazen buisje | glazen bak
PR
O
EF
Proefopstelling
h
h’
Werkwijze
• Vul de glazen bak met water.
• Houd het glazen buisje op verschillende diepten in het water.
• Vergelijk de druk.
Waarneming
Besluit
De diepte in de vloeistof
Verwerking
De hydrostatische druk neemt toe met de diepte.
Uit nauwkeurige metingen met een druksensor kun je afleiden dat de hydrostatische druk recht evenredig is met de diepte h.
Hoofdstuk 3 - DRUK IN EEN VLOEISTOF
17
Onderzoeksvraag
Heeft de hoeveelheid vloeistof invloed op de hydrostatische druk gemeten op een bepaalde diepte?
Hypothese
De hydrostatische druk, op eenzelfde diepte, is n groter bij een grote hoeveelheid vloeistof.
n kleiner bij een grote hoeveelheid vloeistof.
n groter bij een kleine hoeveelheid vloeistof.
n onafhankelijk van de hoeveelheid vloeistof.
Benodigdheden
U-vormige buis | rubberen darm | recht glazen buisje | breed bekerglas | smal bekerglas
PR
O
EF
Proefopstelling
h
Werkwijze
• Vul de glazen bak met water.
• Houd het glazen buisje op eenzelfde diepte in het water in beide bekerglazen.
Waarneming
Besluit
De hoeveelheid vloeistof
18
Druk
4
5
Onderzoeksvraag
Is de hydrostatische druk afhankelijk van de aard van de vloeistof?
Hypothese
De hydrostatische druk is n groter bij een vloeistof met grote massadichtheid.
n kleiner bij een vloeistof met grote massadichtheid.
n onafhankelijk van de massadichtheid.
Benodigdheden
U-vormige buis | rubberen darm | recht glazen buisje | bekerglas met water | bekerglas met ethanol | bekerglas met zoutoplossing
Proefopstelling
PR
O
EF
h
ethanol
LL 1
water
zoutoplossing
Werkwijze
• Noteer de massadichtheid van de drie verschillende vloeistoffen onder de proefopstelling.
• Houd het glazen buisje op eenzelfde diepte in de drie vloeistoffen.
Waarneming
Besluit
De hydrostatische druk
Verwerking
De hydrostatische druk neemt toe bij een grotere massadichtheid van de vloeistof.
Uit nauwkeurige metingen met een druksensor kun je afleiden dat de hydrostatische druk recht evenredig is met de massadichtheid van de vloeistof.
• De hydrostatische druk in een punt van de vloeistof is in alle richtingen even groot.
• De hydrostatische druk is onafhankelijk van de hoeveelheid vloeistof.
• De hydrostatische druk is recht evenredig met de diepte h.
• De hydrostatische druk is recht evenredig met de massadichtheid ρ van de vloeistof.
• phydr ~ ρvl × h of phydr = c
ρvl × h
Hoofdstuk 3 - DRUK IN EEN VLOEISTOF
19
Uit nauwkeurige metingen kun je afleiden dat de constante c in
getalwaarde en eenheid overeenkomt met de zwaartekrachtveldsterkte.
g = 9,81 N
kg
De hydrostatische druk wordt berekend met phydr = g × ρvl × h
De vloeistof kun je bekijken als opgebouwd uit vele vloeistoflagen. Iedere laag is onderhevig aan de zwaartekracht. De hydrostatische druk
is een gevolg van die kracht op de bovenliggende vloeistoflagen.
a Welke druk werkt in op de vis?
hydrostatische druk en luchtdruk
Om de totale druk op een bepaalde diepte h te berekenen, moet
je rekening houden met de luchtdruk boven de vloeistof. Tel je de
atmosferische druk op bij de hydrostatische druk, dan bekom je de
totale druk.
p = patm + phydr
p = patm + g × ρvl × h
PR
O
EF
De atmosferische druk schommelt rond een waarde van pat = 1013 hPa.
b Je zwemt in een tuinvijver op een diepte van 1,60 m.
Bereken de hydrostatische druk op die diepte.
Gegeven
Gevraagd
Oplossing
Antwoord
20
Druk
c Een van de hoogste aquaria ter wereld heeft een diepte van 25,0 m.
Bereken de totale druk op de bodem.
Gegeven
Gevraagd
Antwoord
PR
O
EF
Oplossing
d Een potvis duikt op zoek naar pijlinktvissen tot op een diepte van 2500 m. De dichtheid van het zeewater is 1030 kg/m³.
Bereken de hydrostatische druk op die diepte.
Gegeven
Gevraagd
Oplossing
Antwoord
Hoofdstuk 3 - DRUK IN EEN VLOEISTOF
21
Bereken de kracht die op het lichaam inwerkt. De huidoppervlakte bedraagt 65,00 m². Houd alleen
rekening met de hydrostatische druk.
Gegeven
Gevraagd
Antwoord
PR
O
EF
Oplossing
e Op de figuren stellen de pijlen de hydrostatische druk op de stuwdam voor.
Welke tekening is verkeerd?
■■ A
■■ B
AA
Verklaar.
22
Druk
BB
f Bij stuwdam A staat er een waterlaagje van 5 cm; bij stuwdam B een heel stuwmeer.
A
B
Verklaar.
PR
O
EF
De hydrostatische druk aan de voet van de dam, op eenzelfde diepte, is
■■ bij A kleiner dan bij B.
■■ bij A en B even groot.
■■ bij A groter dan bij B.
• De hydrostatische druk is de druk in een vloeistof veroorzaakt door bovenliggende vloeistoflagen.
• Hydrostatische druk: phydr = g × ρvl × h
• De totale druk is de som van de atmosferische druk patm en de hydrostatische druk phydr.
• p = patm + phydr
Hoofdstuk 3 - DRUK IN EEN VLOEISTOF
23
PR
O
EF
24
Druk
HOOFDSTUK 4
DRUK BIJ GASSEN
Druk uitgeoefend door een gas
Onderzoeksvraag
Wat gebeurt er met een opgeblazen ballon als je de lucht onder de stolp wegzuigt met een vacuümpomp?
Hypothese
De ballon n
blijft even groot.
n wordt kleiner.
n zet uit.
Benodigdheden
vacuümpomp | half opgeblazen ballon
PR
O
EF
4.1
Proefopstelling
WEZO_A_02_01_022
Werkwijze 1
• Leg de matig opgeblazen ballon onder de stolp en sluit alles goed af.
• Zet de vacuümpomp aan, zodat een deel van de lucht wordt weggepompt.
Waarneming 1
Werkwijze 2
Vul de ruimte onder de stolp weer met lucht door het kraantje te openen.
Waarneming 2
Besluit
De ballon
Hoofdstuk 4 - DRUK BIJ GASSEN
25
Verwerking
Het deeltjesmodel leert je dat bij een afgesloten gas:
• de aantrekkingskrachten heel klein zijn
;
• de ruimte tussen de gasdeeltjes
;
• de gasdeeltjes door elkaar vliegen, waarbij ze botsen
.
De gasdeeltjes oefenen een kracht uit op de wand. Die kracht veroorzaakt een druk op de wand. Die druk is de gasdruk pgas.
PR
O
EF
De luchtdeeltjes in de ballon botsen voortdurend tegen elkaar en
tegen de wand. Daardoor wordt er een kracht en bijgevolg ook een
druk op de wand uitgeoefend. Die druk maakt evenwicht met de
druk van de luchtdeeltjes buiten de ballon. Door de lucht onder de
stolp weg te pompen, wordt de uitwendige druk op de ballon kleiner en kan die uitzetten.
• De gasdruk pgas wordt veroorzaakt door de kracht die de botsende gasdeeltjes op de wand
uitoefenen.
4.2
Luchtdruk
De ballon onder de glazen stolp kan enkel opzwellen als de uitwendige druk vermindert. Die druk wordt
veroorzaakt door de luchtdeeltjes die tegen alle voorwerpen botsen. De druk die de lucht uitoefent, is de
luchtdruk of atmosferische druk (patm).
a Verklaar de werking.
Grote ruiten dragen
Frisdrank met een rietje drinken
26
Druk
De Maagdenburgse halve bollen krijg je niet van elkaar los nadat
ze luchtledig gepompt zijn.
Een latje van zacht hout ligt voor drie vierde onder een opengevouwen en platgestreken krant. Het latje breekt bij een stevige slag
op het uiteinde. Dat gebeurt niet als de krant samengevouwen is.
PR
O
EF
b Een lange buis is gevuld met kwik. De glazen buis wordt omgekeerd
in een bakje met kwik gezet.
De kwikkolom daalt tot de hoogte h = 0,760 m. Boven die hoogte is
het in de buis luchtledig.
Je kunt de atmosferische druk berekenen met
ρHg = 13,5 × 10³ kg/m³ en g = 9,81 N/kg.
h
De punten A en B liggen in eenzelfde horizontaal vlak van de vloeistof.
Wat kun je dan afleiden in verband met de druk?
?
?
A
B
pA = pB
patm = pHg
patm = ρHg × g × h
patm = 13,5 × 10³ kg/m³ × 9,81 N/kg × 0,760 m
patm = 1,01 × 105 Pa
Nauwkeurige metingen geven een waarde van 1,013 × 105 Pa.
patm = 1013 hPa
Dit is de gemiddelde atmosferische druk gemeten op zeeniveau bij 0 °C. Deze druk is de normdruk.
Bij een nauwkeurige waarneming stel je vast dat de hoogte van de kwikkolom een beetje kan veranderen. De atmosferische druk schommelt voortdurend en is afhankelijk van de plaats op aarde en de
weersomstandigheden (hoge- of lagedrukgebied).
• De luchtdruk of atmosferische druk is de druk veroorzaakt door bovenstaande luchtlagen in de
atmosfeer.
• De atmosferische druk patm is afhankelijk van de hoogte en de weersomstandigheden.
• 1013 hPa is de normdruk.
Hoofdstuk 4 - DRUK BIJ GASSEN
27
4.3
Meten van de gasdruk
Een barometer is een toestel om de atmosferische druk te meten.
Kwikbarometer
Metaalbarometer
Digitaal weerstation
Metaalmanometer
4.4
PR
O
EF
Een manometer is een toestel om de druk in een gas of een vloeistof te meten.
Open vloeistofmanometer
Overdruk en onderdruk
Onderzoeksvraag
Waardoor blijft het bekertje aan de ballon kleven?
Hypothese
Het bekertje blijft aan de ballon kleven omdat n er een kleinere druk is in de ballon dan in het bekertje.
n er een grotere druk is in het bekertje dan errond.
n er een kleinere druk is in het bekertje dan errond.
Benodigdheden
ballon | plastic bekertje
Proefopstelling
28
Druk
1
Werkwijze
• Blaas een beetje lucht in de ballon.
• Duw het bekertje met zijn opening goed tegen de ballon.
• Blaas de ballon verder op.
• Laat het bekertje los.
Waarneming
Besluit
Het bekertje blijft aan de ballon kleven
Verklaring
Op het moment dat je het bekertje tegen de ballon duwt, is het ballonoppervlak sterk gebogen.
Blaas je meer lucht in de ballon, dan wordt het oppervlak vlakker. De ingesloten lucht in het bekertje
krijgt meer ruimte. Door de grotere ruimte voor dezelfde hoeveelheid lucht is er een lagere druk. Er is
bijgevolg een onderdruk in het bekertje en de atmosferische druk duwt het bekertje tegen de ballon.
Er is een onderdruk als de druk van het gas kleiner is dan de atmosferische druk. pgas < patm
PR
O
EF
a Verklaar de werking van een stofzuiger. Bedenk daarbij dat de motor van de stofzuiger tijdens zijn werking lucht wegzuigt.
b Waarop steunt het opzuigen van vloeistof in een spuit?
Onderzoeksvraag
Hoe kun je het bovenste bekertje zonder handen uit het onderste bekertje halen?
Hypothese
Het bovenste bekertje haal je uit het onderste bekertje door
2
.
Proefopstelling
Benodigdheden
twee plastic bekertjes die in elkaar passen
Besluit
Blaas krachtig op de plaats waar de twee bekertjes in elkaar passen.
Verklaring
Door te blazen ontstaat er een overdruk in het onderste bekertje.
Er is een overdruk als de druk van het gas groter is dan de atmosferische druk. pgas > patm
Hoofdstuk 4 - DRUK BIJ GASSEN
29
a Verklaar hoe er een overdruk ontstaat in een snelkookpan.
Hoe wordt voorkomen dat de druk te hoog wordt?
b Je pompt zo veel mogelijk lucht in de binnenband van je fiets.
Is er dan een overdruk of een onderdruk?
■■ overdruk
■■ onderdruk
Hoe kun je dat aantonen?
c Kruis aan.
PR
O
EF
Als je in een opgeblazen ballon prikt, knalt die stuk.
In de ballon is er een
Om koffie vers te houden, is die vacuüm verpakt. Als je de verpakking opensnijdt, hoor je de lucht naar binnen stromen.
In de gesloten verpakking is er een
Als je op het ventiel van een autoband duwt, stroomt de ingesloten
lucht naar buiten.
In de opgepompte band is er een
Om grondwater naar boven te pompen, wordt er lucht boven de waterkolom weggepompt. Het water stijgt door de pompbuis naar boven.
Boven de waterkolom is er een
Om zware platen te verplaatsen, worden vacuümheffers gebruikt.
Onder de grote zuignappen is er een
Een zakje chips zal in een opstijgend vliegtuig opzwellen.
In het zakje chips is er een
n overdruk n onderdruk.
n overdruk n onderdruk.
n overdruk n onderdruk.
n overdruk n onderdruk.
n overdruk n onderdruk.
n overdruk n onderdruk.
• Bij onderdruk is de druk van het ingesloten gas kleiner dan de atmosferische druk.
Pgas < patm
• Bij overdruk is de druk van het ingesloten gas groter dan de atmosferische druk.
Pgas > patm
30
Druk
Wat is de samenvatting?
op vaste stof
op vloeistof
wet van Pascal
hydraulische pers F2 = A2
F1
A1
in vloeistof
hydrostatische druk phydr = g × ρvl × h
totale druk p = patm + phydr
druk
p= F
A
p = F drukkracht F = p × A
A
in gas
eenheid: 1Pa
gasdruk pgas
overdruk pgas > patm
onderdruk pgas < patm
PR
O
EF
atmosferische druk patm
overdruk pgas > patm
normdruk patm = 1013 hPa
Wat zijn de nieuwe begrippen? Vul eventueel zelf aan.
de druk
de totale druk
de onderdruk
de eenheid pascal
de gasdruk
de drukkracht
de luchtdruk
de wet van Pascal
de atmosferische druk
de hydraulische pers
de normdruk
de hydrostatische druk
de overdruk
Wat wordt er minstens van je verwacht? Vul eventueel zelf aan.
■■ Wat is de definitie van druk, in woorden en in een formule?
■■ Wat is de eenheid van druk?
■■ Geef voorbeelden van drukverhoging of drukverlaging.
■■ Maak vraagstukken rond druk.
■■ Wat is drukkracht?
■■ Wat is de wet van Pascal?
■■ Bespreek de werking van de hydraulische pers.
■■ Bespreek toepassingen van de hydraulische pers.
■■ Wat is de formule van hydrostatische druk?
■■ Bereken de hydrostatische en de totale druk.
■■ Verklaar dat de gasdruk veroorzaakt wordt door de botsingen van de gasdeeltjes met de wand.
■■ Wat is de atmosferische druk?
■■ Wat is de normdruk?
■■ Beschrijf de begrippen overdruk en onderdruk.
■■ Pas onderdruk en overdruk toe in concrete gevallen.
Hoofdstuk 4 - DRUK BIJ GASSEN
31
Nog nieuwsgierig?
a Hydrostatische paradox
Bij dit toestel kun je open vaten van verschillende vorm op een hefboomsysteem plaatsen. Daarbij is
het bodemoppervlak telkens gelijk. De stand van het hefboompje geeft je een idee van de grootte van
de kracht op het bodemoppervlak.
PR
O
EF
Geef de formule waarmee je die kracht kunt berekenen.
Van welke factoren is de kracht op de bodem afhankelijk?
Een paradox is een ‘innerlijke tegenstelling’.
Verklaar de naam hydrostatische paradox.
bWeerkaart
32
Druk
Op de kaart kun je meetgegevens rond luchtdruk aflezen.
Noteer de hoogste waarde.
Welk gebied heb je hier?
Noteer de laagste waarde.
Welk gebied heb je hier?
De lijnen die punten van gelijke druk verbinden, zijn de
cDuikersziekte
Het gasmengsel in een duikfles staat onder grote druk.
Welke gassen zitten er in de lucht die een duiker inademt?
PR
O
EF
Omdat dat inademen onder grote druk gebeurt, lost het stikstofgas gemakkelijk op in het bloed en
verder ook in de weefsels.
Als de duiker na een tijdje naar de oppervlakte stijgt, moet het stikstofgas via de longen en de uitademing weer uit het lichaam verdwijnen.
Wat kan er gebeuren als het stijgen te snel gebeurt?
Er treden symptomen als duizeligheid, spierpijn en bewustzijnsverlies op. Dat noem je de duikersziekte
of caissonziekte, die zelfs een dodelijke afloop kan hebben.
Hoe kan een duiker dergelijke verschijnselen voorkomen?
De duikersziekte wordt behandeld door de duiker in een drukkamer te zetten. In die ruimte wordt de
druk verhoogd tot de druk op de duikdiepte. Daarna wordt de druk geleidelijk verminderd, zodat het
lichaam zich kan aanpassen.
d Wet van Archimedes
Een lichaam ondergedompeld in een vloeistof ondergaat een
opwaartse drukkracht FA (archimedeskracht) die gelijk is aan de
zwaartekracht uitgeoefend op de verplaatste vloeistof.
De zwaartekracht uitgeoefend op de verplaatste vloeistof kun je
schrijven als
Fz,vl = mvl ×g
FA
FZ
omdat
mvl = ρvl × V
Er volgt dan
Fz,vl = ρvl ×g ×V
Volgens de definitie is deze zwaartekracht gelijk aan de archimedeskracht.
FA = ρvl ×g ×V
Welke twee krachten werken op een lichaam dat ondergedompeld is in een vloeistof?
Hoofdstuk 4 - DRUK BIJ GASSEN
33
Waarom zal het gepelde mandarijntje zinken?
Waarom blijven het hele mandarijntje en ook de schil drijven?
Houd je vorderingen bij.
LL 1
Wat is jou het meest bijgebleven uit dit thema?
PR
O
EF
Om jezelf te testen, maak je de oefeningen op www.scoodle.be.
Tijd om uit te checken
CHECK
OUT
34
Druk
Waarom loopt het water niet uit het omgekeerde glas?