Broos Fonck Fysica Druk. Broos Fonck Sint-Paulusinstituut2 Het begrip.

Broos Fonck

Fysica

Druk

Broos Fonck Sint-Paulusinstituut

2

Het begrip


3

Het begrip

Proef 1: baksteen

Proef 2: dunne draad

→ Kracht

→ Contactoppervlak


4

Druk

Grootheid Symbool Eenheid

Druk p [p] = Pa (de pascal)

A

Fp =

Andere eenheden: hPa, bar, mbar


5


6

Zeilschip

Winddruk cte zolang windsnelheid =

A ↑ → F ↑


7

Voetbalschoen vs. sneeuwschoen


8

Doel

Voetbalschoenen met noppen

A, F p meer greep op de grond

Doel: druk verhogen

Sneeuwschoenen

A, F=

p

Doel: druk verminderen


9

Tank


10

Zwemvliezen


11

Doel: druk verhogen


12

Opdrachten

Opdr. 5 p. 91


13

Druk OP een vloeistof


14

Inleiding

Vanuit observaties: gedrag van samengedrukte vloeistoffen

→ De wet van Pascal

→ Het concept van druk


15

Vraag

Hoe wordt de aangewende kracht doorgeven aan de remmen van de auto?

Hoe kan zo een kleine kracht een auto tot stilstand brengen?


16

Blaise Pascal

Franse wetenschapper wiskundige en filosoof

1623-1662

Observeerde en bestudeerde het gedrag van een vloeistof wanneer een kracht werd uitgeoefend op de oppervlakte

Besluit: een uniforme druk is gecreëerd in elk punt van de vloeistof. Deze druk brengt krachten voort loodrecht op het vlak van de container.


17

Observatie

Plastieken fles Een aantal gaten Op verschillende niveau’s Gevuld met water

In welke richting spuit het water uit de wand?

De vloeistof spuit uit de verschillende openingen.


18

Het experiment van Pascal

Het experiment van Pascal


19

Beginsel van Pascal

Bij het naar beneden drukken van de zuiger spuit het water door alle gaatjes met dezelfde intensiteit naar buiten.

Een druk op een vloeistof uitgeoefend, plant zich in alle richtingen voort.


20

Beginsel van Pascal

Bij het uitoefenen van een druk op een gummipeer blijft de vloeistof in de zijbuisjes tijdens het opstijgen in alle buisjes even hoog.

De uitgeoefende druk is in alle punten van de vloeistof dezelfde.


21

Beginsel van Pascal

Een druk, uitgeoefend op een vloeistof, plant zich in alle richtingen ongewijzigd voort.


22

Observatie 2


23

Hydraulische pers

1) A1 < A2

Stel A2 = 2.A1

≠ oppervlakte


24

Hydraulische pers

2) p1 = p2 = p

= druk (Wet van Pascal)

⎩⎨⎧

⋅=⋅=

⇒

==

22

11

2

2

1

1

ApF

ApF

A

F

A

Fp


25

Hydraulische pers

12

12

12

21

12

22

2

2

1

1

2

)2(

~)3

FF

AA

FF

AA

FF

ApF

A

F

A

Fp

AF

⋅=⇒⋅=

⟩⇒

⋅=⇒

⋅=⇒

==


26

2112

1

2

1

2

21

122

AFAF

A

A

F

F

AA

FApF

⋅=⋅

=

⋅=⋅=


27

Hydraulische pers

21

12

21

2211

2

)2(

1~

)4

xx

AA

xx

xAxAV

xA

Δ⋅=Δ⇒⋅=

Δ⟩Δ⇒Δ⋅=Δ⋅=

Δ


28

1

2

1

2

2

1

2211

F

F

A

A

x

x

xAxA

==ΔΔ

⇒

Δ⋅=Δ⋅


29

Hydraulische pers

21

1111

2211

1

2

2

1

22

1~

)5

WW

xFxF

xFxF

F

F

x

x

xF

=⇒

Δ⋅⋅=Δ⋅⇒

Δ⋅=Δ⋅⇒

=ΔΔ

Δ


30

Hydraulische pers

Hydraulische pers (1)

Hydraulische pers (3)


31

Hydraulische lift


32

Oefening

Oefening


33

Doe het zelf!

Doe het zelf! (1)

Doe het zelf! (2)


34

katoen, dunne metalen platen


35

Hydraulische lift


36

De remmen in een auto

Eenvoudige rem

Schijfrem


37



38




39



40

Druk OP een gas


41

Proef

Men voelt onmiddellijk de kracht, dus de druk van het gas via het ventielgaatje op de vinger verhogen.

Een druk op een gas uitgeoefend, plant er zich in voort


42

Druk IN een vloeistof


43

Proef

Waarneming:

Naarmate het doosje dieper in de vloeistof gedompeld wordt, lezen we een grotere druk af.

Verklaring:

1

2

3

4

5

6

7

8


44

Hydrostatische druk

De verhouding van de kracht tot de oppervlakte waarop ze inwerkt De druk die een vloeistof uitoefent ten gevolge van haar zwaartekracht

Hydro + statica


45

Proef 1

p is recht evenredig met h de waarde van die verhouding is constant

De hydrostatische druk is recht evenredig met de diepte

h (m) p (Pa)


46

Proef 2

Waarneming:

De drukmeter duidt overal dezelfde waarde aan.

Op gelijke diepten onder het vrije vloeistofoppervlak is de hydrostatische druk dezelfde

→ Niveauvlak


47

Proef 3

Waarneming:

De drukmeter blijft overal dezelfde waarde aanduiden.

De hydrostatische druk werkt in alle richtingen; in eenzelfde punt heeft de druk in alle richtingen dezelfde grootte.


48

Proef 4

Water, …, …

De verhouding van de hydrostatische druk tot de massadichtheid is constant

De hydrostatische druk is recht evenredig met de massadichtheid

h (m) p (Pa)


49

Conclusie uit de proeven

ghp

hkphpp

hp

⋅⋅=

⋅⋅=⇒⋅⇒⎭⎬⎫

ρ

ρρρ

~~~


50

Observatie

Spuit Water + luchtbel

Wat gebeurt er met de luchtbel wanneer je op de zuiger drukt en zorgt dat het water niet kan ontsnappen?


51

Experiment

Spuit


52

Theoretische afleiding

De druk in een punt van de vloeistof is dus gelijk aan de som van de atmosferische druk en de hydrostatische druk


53

Observatie

Plastieken fles Een aantal gaten Op verschillende niveau’s Gevuld met water

In welke richting spuit het water uit de wand?

De vloeistof spuit uit de verschillende openingen. Vlak bij de opening staat de waterstraal loodrecht op de wand.


54

Toepassing

Bloeddruk meten


55

Opgelet!

Hydrostatische druk ↔ druk in een vloeistof


56

Oefeningen 11, 12, 13, 14, 15 en 18


57

Vraag

Waarom staat de vloeistof in de vier buisjes op gelijke hoogte? Moet de vloeistof in het vierde buisje niet hoger staan dan in de andere buisjes?


58

Hydrostatische paradox (1)

We gieten water in een van de kamers. Wat gebeurt er? Kamer B zou toch een grotere kracht per oppervlakte-eenheid moeten ondervinden aan zijn basis, en zou dit niet leiden tot een hoger waterniveau in kamer A?


59

Observatie

Pascal Blaise stelde hem 300 jaar geleden dezelfde vraag. De vazen van Pascal


60


Kamer B zou toch een grotere kracht per oppervlakte-eenheid moeten ondervinden aan zijn basis, en zou dit niet leiden tot een hoger waterniveau in kamer A?

De druk in een punt van een statische vloeistof is volledig te wijten aan het gewicht van de vloeistof (+ atmosfeerdruk) onmiddellijk erboven.

De wanden van het vat oefenen een druk uit op de vloeistof die gelijk is aan de druk van de vloeistof op die diepte.


61

Abstract

ghA

ghA

A

gV

A

gm

A

Fp ⋅⋅=

⋅⋅⋅=

⋅⋅=

⋅== ρρρ


62

Eenvoudig

Klein gewicht – kleine oppervlakte

Groot gewicht – grote oppervlakte

→ zelfde druk → examen!!!

Wet van Pascal


63


De hoogte van de 5 vaten is gelijk. In welk vat is de druk op de bodem van het vat het grootst? De hoeveelheid vloeistof in de vaten is niet noodzakelijk gelijk.

Hoogte = Hoeveelheid vloeistof ≠ p grootst?


64


De druk p is overal dezelfde. Waarom de druk niet afhangt van de vorm van het vat of de hoeveelheid vloeistof, hangt af van 3 dingen:

a. p = F/A en F ≠ TOTALE gewicht van de vloeistof in het vat.

b. De wanden van het vat oefenen een druk uit op de vloeistof die gelijk is aan de druk van de vloeistof op die diepte.

c. Op gelijke diepten onder het vrije vloeistofoppervlak is de druk dezelfde.


65

Vat A

Het maakt niet uit hoe wijd het vat is. De druk op de bodem is juist het gewicht van de vloeistof boven de oppervlakte van de bodem.

Hier maakt het niet uit: Zelfs al nemen we hier het volledige gewicht van de vloeistof in het vat (mg) en delen het door de oppervlakte van de bodem, bekomen we dezelfde resultaten.


66

Vat B

3 delen Deel 2: gelijkaardig aan vat A Drukken delen 1 en 3 (die veel groter zijn) deel 2 niet samen (ter hoogte van de stippellijn) en verhogen ze zo de druk op de bodem van deel 2?

De vloeistof in deel 2 brengt een even grote maar tegengestelde druk voort op de delen 1 en 3.

Bekeken vanuit deel 2: De stippellijn kan vervangen worden door 2 vaste verticale muren.


67

Vat C

3 delen Deel 2: gelijkaardig aan vat A & B Omdat de hoogte van de vloeistof in deel 1 & 3 niet hoog genoeg om dezelfde druk te produceren als de hoogte van de vloeistof in deel 2. Hoe komt het dat de druk op de bodem van deel 1 & 3 gelijk is als op de bodem van deel 2?De topwanden van het vat in deel 1 & 3 produceren een neerwaartse druk die gelijk is aan de druk van de vloeistof in deel 2 op het zelfde niveau. (= Wet van Pascal)Wanneer we een gat maken in een topwand van deel 1 of 3, dan zou het water eruit spuiten.


68

Vat D

3 delen Deel 2: gelijkaardig aan vat A De zijwanden van het vat produceren een druk die de vloeistof in deel 1 & 3 ondersteunt.


69

Vat E

Druk blijft dezelfde: Wet van Pascal We vertrekken van de oppervlakte tot een bepaalde diepte en herhalen dit tot we de bodem bereiken. Omdat op gelijke diepten onder het vrije vloeistofoppervlak de druk dezelfde is…


70

Gevolgen

De druk op beide dammen is dezelfde!!!


71

Observatie

Dezelfde redenen als hierboven:

De horizontale druk in een punt moet gelijk zijn aan de verticale druk. De verticale druk hangt af van de diepte van het water.


72

Toepassingen

Zie cursus p.106-107 Sluis


73

Oefening 20, 21


74

Oefening 26, 28


75

Evenwicht van niet-mengbare vloeistoffen in een u-vormige buis

Zie cursus p.109


76

Oefening 29, 30, 31 & 32


77

Druk IN een gas


78

Voorkennis

Deeltjesmodel

Druk in een vloeistof: De druk is recht evenredig met de diepte Op gelijke diepten onder het vrije vloeistofoppervlak is de

druk gelijk De druk werkt in alle richtingen

Luchtdruk: p0 = 1,013*105 Pa


79

Proef

Stap 1: We nemen een glas. We vullen het tot aan de rand met water.

Stap 2: We leggen bovenop het glas een stuk papier of een bierviltje. Zorg dat je de hele opening van het glas bedekt.

Stap 3: Leg je hand vlak op het stuk papier of het bierviltje en draai het glas op zijn kop. Laat nu langzaam het papier of karton los.

Wat gebeurt er?

Het papier of het bierviltje blijft tegen het glas zitten.


80

Druk IN een gas

Druk door een gas uitgeoefend (oorzaak) De atmosferische druk (gevolg) Het verleden Het heden en de toekomst


81

Druk door een gas uitgeoefend

Waarneming:

In het afgesloten gedeelte daalt de vloeistof en in het open been stijgt ze.

Verklaring:

Gas → kracht → beweeglijkheid

Het gedrag van een gas


82

De atmosferische druk

p0 = 1,013*105 Pa


83

Proef 1

Waarneming:

Als de lucht geleidelijk van onder het perkament weggepompt wordt, scheurt het plots met een luide knal stuk.

Verklaring: Aan onderkant evenveel balletjes als bovenkant Pomp aan: we zuigen balletjes weg. Verhouding onderkant/bovenkant? Het perkament scheurt. De druk van boven is te groot.


84

Besluit proef 1

Lucht oefent een druk uit!


85

Proef 2

Waarneming:

Naarmate de lucht onder de klok weggezogen wordt, wordt het volume van het ballonnetje groter.

Verklaring: In de kolf evenveel moleculen als in de ballon De ballon vergroot evenwicht druk buitenkant = druk binnenkant


86

Proef 3

Waarneming:

Het water blijft binnenin het buisje.

Verklaring:

Omdat de lucht op het water buiten het buisje drukt, blijft het water binnenin de hele buis vullen.


87

Besluit

Lucht oefent een druk uit Alle richtingen


88

De atmosferische druk

Lucht → massa → zwaartekracht

Atmosfeer → luchtlagen → druk

p0 = 1,013*105 Pa

1

2

3

4

5

6

7

8


89

De kracht van de lucht


90

De Maagdenburgse halve bollen

Otto von Guericke Luchtpomp (1650) → experimenten met het luchtledige Ontdekking:

Geluid niet voortplantteKaars uitdoofde

Twee halve bollen


91

De Maagdenburgse halve bollen


92

Vacuümtechnologie

Ideaal medium voor het optillen en verplaatsen van voorwerpen


93

Voorbeelden


94

Vacuüm

Vacuüm wordt bereikt door de druk binnen een volume te verlagen zodat de omgevende atmosferische druk een potentiële bron van energie wordt.


95

Experiment

De Maagdenburgse halve bollen zonder vacuümpomp


96

Benodigdheden

• Twee kleine glazen potjes

• Kaars (theelichtje)

• Filtreerpapier


97

Technische uitvoering

Leg twee koffie op elkaar (je bekomt zo 4 lagen filtreerpapier) en teken er een cirkel op met diameter 9 cm en een tweede (zelfde middelpunt) met diameter 3 cm.

Knip de grote cirkel uit en plooi deze cirkel twee maal in twee. Zodoende bekom je een kwart en kan je de kleine cirkel er in één keer uitknippen.


98

Uitvoering experiment

Leg de vier op elkaar liggende stukken filtreerpapier in water tot ze door en door vochtig zijn. Plaats de kaars in een van de glazen potjes en steek ze aan. Leg het filtreerpapier nu op het glazen potje (mooi in het midden).

Duw het tweede glazen potje nu omgekeerd op het eerste en duw het stevig naar beneden. Zorg er intussen voor dat de openingen van de potjes mooi op elkaar komen. De kaars dooft na een tijdje en je kan het bovenste potje naar omhoog heffen zonder dat het onderste eraf valt!!!


99

Verklaring

Wat hoor je tijdens het omhoog heffen? Wat bewijst dit?


100

Verklaring

Als de kaars dooft, is de zuurstof uit de lucht opgebruikt en zal het resterende gas afkoelen. Hierdoor ontstaat in de potjes een drukverlaging en worden ze door de grotere atmosferische druk tegen elkaar geduwd.

Wat hoor je tijdens het omhoog heffen? Wat bewijst dit?

Tijdens het omhoog heffen van de potjes kan je een sissend geluid horen. Dit is de lucht die doorheen het filtreerpapier naar binnen komt en en bewijs voor de onderdruk binnenin.


101

Vraag

Hoe kwam men tot de conclusie dat lucht een massa had?


102

Geschiedenis

Ten tijde van Galileo, rond 1635, …


103

Galileo Galilei

Italiaanse natuurkundige, filosoof en astronoom 1564 – 1642 Grondlegger van de moderne astronomie …


104

Geschiedenis: deel 2

De opvolger van Galileo was Torricelli. Hij las de nota's van zijn voorganger …


105

Evangelista Torricelli

Italiaanse wiskundige en natuurkundige 1608 – 1647 Leerling van Galileo Galilei (lucht → druk) Ontdekking van het vacuüm en de barometer (1643)


106

Barometer

Wat? Een meetinstrument waarmee de luchtdruk gemeten kan worden

Types? Kwikbarometer Waterbarometer Gasbarometer Barograaf


107

Waterbarometer

Donderglas (1619) Nederlander Gijsbrecht de Donckere Lucht (opgesloten) zet uit of krimpt → relatief groot niveauverschil in het dunne buisje Nadeel: reageren ook op temperatuursverschillen


108

Kwikbarometer

De buis van Torricelli (1643) een U-buis die toelaat het niveauverschil in de twee benen te bepalen Deze barometer heeft de volgende nadelen:

de glazen buis is duur en breekbaar; kwik is een duur en giftig metaal; door de hoge oppervlaktespanning van het kwik is het oppervlak convex; kwik heeft een relatief grote uitzettingsfactor (vandaar zijn gebruik als thermometer)


109

Verdere types

Ander principe Het is bijvoorbeeld mogelijk een metalen doosje vacuüm te pompen en dan te meten hoever het ingedeukt wordt door de druk van de atmosfeer.


110

Experiment

Het elastische ei

Broos Fonck Fysica Druk. Broos Fonck Sint-Paulusinstituut2 Het begrip.

Documents

Transcript of Broos Fonck Fysica Druk. Broos Fonck Sint-Paulusinstituut2 Het begrip.