Proef 1M 10.2 De druk op lucht

19 mei

Leerlingen hebben moeite met het toepassen van de formule \(p=\frac{F}{A} \) op een gas of op een vloeistof. Want ze hebben die formule geleerd aan de hand van een kracht op een oppervlak. Maar in lucht is de kracht die de druk veroorzaakt op het oppervlak minder duidelijk aan te wijzen. Doel van deze proef is dat de leerlingen begrijpen dat je de formule voor druk ook op een gas kunt toepassen.

Benodigdheden:

  • drukspuit met manometer (uit lestrolley algemeen)
  • iets zwaars, bijvoorbeeld een baksteen (gewicht bijvoorbeeld 20 N)
  • Statief met klemmen

Zet de manometer vast op een statief (foto) en laat de drukspuit eraan hangen. Zet de zuiger op 30 ml (= cm3). Leg uit dat de manometer (drukmeter) de druk (eigenlijk: de overdruk) van de lucht meet. Druk is kracht per oppervlak. Als ik dus een kracht op de lucht in de drukspuit uitoefen, kan ik de lucht onder druk zetten [toon] Maar wat is nu het oppervlak waarop ik de druk uitoefen? Het oppervlak van de zuiger.

Als kracht gebruik ik het gewicht van een steen (m = 1,9 kg). Hoe groot is dan de kracht op het gas? F = G = 190 N. Hoe groot is dan de druk op het gas? Daarvoor moet ik het oppervlak van de zuiger weten. Dat kan ik op twee manieren doen. De eerste manier is de directe manier: het zuigeroppervlak is een cirkel: formule A = πr2  De straal is de halve diameter. De diameter meet ik: 2,9 cm. Dus r = 1,45 cm. A = 3,14 x 1,452 = 6,6 cm2

De tweede manier maak ik gebruik van de schaalverdeling op de spuit (in ml = cm3 ). De afstand l van het de nul-streep tot de 50 streep is l = 7,5 cm. V = A.l , 50 = A.7,5 dus A = 50/7,5 = 6,7 cm2

De druk die de baksteen uitoefent is: p = F/A = 19N/6,6 cm2 = 2,4 N/cm (dit komt overeen met 240 hPa, bijna 5 streepjes op de manometer).

Ik kan de drukspuit ook omkeren en dan de baksteen eraan hangen. Nu verlaagt de steen de druk met 2,4 N/cm2 .

Conclusie: lucht heeft een druk die je ook kunt berekenen met p = F/A

Leswerk