Druk | Fysica

Wat is druk?

Druk(p) is de kracht per oppervlakte- eenheid: als F de grootte van de kracht is die loodrecht werkt op een oppervlakte A.

Formule: p = F/ A

De SI- eenheid van druk is N/m² of Pa (pascal), maar ook bar wordt soms gebruikt.

Druk vinden we overal; bij vaste stoffen, maar ook bij vloeistoffen en gassen. Druk in een vloeistof wordt veroorzaakt, doordat de moleculen tegen de wanden van het vat botsen. Denk bijvoorbeeld aan een zwembad. Hoe dieper je onder water gaat zwemmen, hoe groter de druk wordt, en dat is te voelen aan je oren. In een vloeistof ontstaat er namelijk een druk door het gewicht van de bovenliggende vloeistoflagen. Die druk noemt men de hydrostatische druk. De hydrostatische druk en de bijhorende kracht (die veroorzaakt wordt door de hydrostatische druk en loodrecht op elk oppervlak staat) zijn niet afhankelijk van de hoeveelheid vloeistof en van de vorm van het vat. Enkel de hoogte heeft een invloed. Daarnaast werkt de hydrostatische druk in alle richtingen.

Gasdeeltjes kunnen vrij bewegen in een afgesloten ruimte. De deeltjes botsen tegen elkaar en tegen de wanden. De kracht die uitgeoefend wordt op de wanden is de druk die veroorzaakt wordt in gassen. Ook de lucht oefent dus een druk uit op alle voorwerpen, vloeistoffen en gassen die zich bevinden binnen de aardatmosfeer. Dit wordt ook wel de luchtdruk of atmosferische druk genoemd. De luchtdruk werkt in alle richting en bestaat omdat lucht onder invloed staat van de zwaartekracht van de aarde en daarom een gewicht heeft. De luchtdruk op aarde varieert sterk van plaats tot plaats, maar gemiddeld spreken we over een waarde van 1013 hPa (= 1atm).

Omwille van de hoge druk in gassen worden deze bewaard in een stevig niet vervormbaar vat, omdat gassen altijd een maximale volume willen innemen. De druk van een gas wordt gemeten met een drukmeter of manometer. Het toestel dat gebruikt wordt om de luchtdruk te meten is een barometer.

1. Rietjesdruk (druk in een vloeistof)

Benodigdheden:

4 rietjes (lengte +- 25 cm)
plakband
3 petflessen
olie
water

Deze proef bestaat uit twee delen.

Experiment 1:

Voorbereidend werk:

Voor dit deel heb je nodig: een grote petfles, 2 rietjes en water.

Knip van één van de rietjes 1/4 af. Plak het rietje vast aan het andere rietje m.b.v. plakband. Snij het bovenste deel van de petfles af en vul deze met water.

Uitvoering:

Breng de rietjes in het water en blaas zachtjes.

Wat zal er gebeuren als je zachtjes in beide rietjes blaast?

a) Er komen luchtbellen uit beide rietjes.

b) Er komen enkel luchtbellen uit het korte rietje.

c) Er komen enkel luchtbellen uit het lange rietje.

Verklaring:

Op het moment dat de rietjes in het water worden gebracht, is het waterniveau in beide rietjes gelijk. Het is de bedoeling dat je door te blazen, het water in de rietjes weg krijgt. Het langste rietje bevindt zich dieper in het water waardoor de hydrostatische druk daar ook groter zal zijn dan in het korte rietje. Met als gevolg dat er enkel luchtbellen uit het korte rietje zullen komen (zie video). Dit wil dus zeggen dat de diepte van een vloeistof een invloed heeft op de hydrostatische druk.

De hydrostatische druk kan berekend worden met deze formule:

Experiment 2:

Voorbereidend werk:

Voor dit deel heb je nodig: 2 petflessen, 2 rietjes, water en olie.

Plak de twee rietjes vast aan elkaar. Snij de flessenhals van de petflessen af op gelijke hoogte en vul de ene fles voor 3/4 met water en de andere met olie.

Uitvoering:

Plaats de twee flessen naast elkaar met in elk een rietje (even diep). Blaas vervolgens zachtjes door de rietjes.

Wat zal er gebeuren als je zachtjes in beide rietjes blaast?

a) Er komen enkel luchtbellen uit het rietje in de olie.

b) Er komen enkel luchtbellen uit het rietje in het water.

c) Er komen luchtbellen uit beide rietjes.

Verklaring:

De rietjes bevinden zich op dezelfde diepte, maar elk in een andere vloeistof. Op het moment dat er geblazen wordt door de rietjes, komen er enkel luchtbellen uit het rietje in de olie. We stellen dus dat de hydrostatische druk daar het kleiner is. Als we kijken naar de massadichtheid van olie zien we dat deze kleiner is dan de massadichtheid van water. Dit wil zeggen dat de soort stof invloed heeft op de hydrostatische druk.

De hydrostatische druk kan berekend worden met deze formule:

Bron:

Walravens, P. (2012). Zavo Physics deel 2: experiment 52 (p5). Nvon.

Leerplannen:

Natuurwetenschappen C (D/2021/13.758/034)

LPD S1 De leerlingen passen een wetenschappelijke methode toe om kennis te ontwikkelen en
om vragen te beantwoorden.
LPD S3 De leerlingen gebruiken met de nodige nauwkeurigheid meetinstrumenten en
hulpmiddelen om te observeren, te meten, te experimenteren en te onderzoeken in
natuurwetenschappelijke, technologische en STEM-contexten.
LPD S5 De leerlingen werken geïnformeerd op een veilige en duurzame manier met materialen,
chemische stoffen en technische en biologische systemen.
LPD S6 De leerlingen passen goede labopraktijken en -technieken toe om betrouwbare
informatie te verzamelen.
LPD F8 De leerlingen gebruiken het concept druk bij vaste stoffen, vloeistoffen en gassen
kwalitatief en kwantitatief om fenomenen en toepassingen ervan te verklaren.

2. De dikke ballon

Benodigdheden:

ballon
een plastieken soepkommetje (gemaakt uit wit plastiek)

Deze proef bestaat uit twee delen.

Experiment 1:

Uitvoering:

Steek de ballon in het kommetje en blaas deze op.

Wat zal er gebeuren met het kommetje?

a) Het kommetje wordt als een katapult afgevuurd.

b) Het kommetje blijft aan de ballon hangen.

c) Het kommetje breekt in twee.

Verklaring:

De reden dat het potje blijft hangen aan de ballon komt door de wrijving. De ballon bevindt zich in het potje op het moment dat het opgeblazen wordt. Tijdens het opblazen wordt de ballon groter en komt er contact tussen het potje en de ballon. De wrijving tussen de twee zorgt ervoor dat het potje aan de ballon blijft hangen.

Experiment 2:

Uitvoering:

Blaas de ballon op (twee keer blazen). Plaats je linker hand tegen de linkerkant van de ballon en duw met je rechterhand het kommetje tegen de rechterkant van de ballon.

Blaas nog tweemaal in de ballon en laat het kommetje los.

Wat zal er gebeuren als je het kommetje loslaat?

a) Het kommetje zit vast op de ballon en het is mogelijk om het over het oppervlak van de ballon te schuiven.

b) De ballon ontploft.

c) Het kommetje blijft hangen aan de ballon.

Verklaring:

Tijdens het opblazen van een ballon vermindert de verkromming van de ballon (zie figuur 1 hiernaast).

Het volume van de ballon wordt groter, met gevolg dat de druk binnenin de ballon zal verkleinen. De grotere druk buiten het kommetje zal er voor zorgen dat het kommetje tegen de ballon gedrukt wordt.

Deze proef is ook een toepassing op de wet van Boyle- Mariotte.

Klik hier: gaswetten