Red High Heel Pumps |https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Red_High_Heel_Pumps.jpg |Almighty1 |https://en.wikipedia.org/wiki/Main_Page |Public domain |https://en.wikipedia.org/wiki/Public_domain
Doelen
- Je kent het verschil tussen mechanische druk en luchtdruk
- Je kunt rekenen met de eenheden Pa, N/m2 en Bar.
- Je kunt rekenen met de formule voor druk
Druk
Druk is een kracht die op een oppervlak werkt. Eerder heb je geleerd dat een kracht een aangrijpingspunt heeft. Druk werkt niet op een punt maar op een oppervlak. Dat oppervlak is bijvoorbeeld de onderkant van je schoen. Als je met een gewone schoen in het zand gaat staan zak je een beetje weg. Als je met naaldvakken in het zand gaat staan zak je heel diep weg. Dat komt doordat de kracht waarmee je op het zand drukt bij normale schoenen verdeeld wordt over een groot oppervlak. Bij naaldhakken is het oppervlak veel kleiner. De druk wordt berekend met de formule:
p = F / A
| Grootheid | Symbool | Eenheid | |
|---|---|---|---|
| Druk | p | Newton per vierkante meter | N/m2 |
| Kracht | F | Newton | N |
| Oppervlak | A | vierkante meter | m2 |
Een voorwerp zakt in een zachte ondergrond dieper weg als de druk onder het voorwerp groter is.
De druk bij het linker blok is:
p = F / A. p = 400 / 6. p = 67 N/m2.
De druk bij het rechter blok is:
p = 400 / 20. p = 20 N/m2.
Luchtdruk
Bij vaste stoffen kan mechanische druk ontstaan. Bij gassen hebben we het over luchtdruk. Luchtdruk wordt veroorzaakt door botsende moleculen. In een gas vliegen de moleculen vrij rond en kunnen tegen een oppervlak botsen. Bij iedere botsing ontstaat een kleine kracht. Omdat moleculen heel licht zijn is de kracht bij iedere botsing ook maar heel klein. Omdat er zo veel moleculen zijn is de totale kracht soms erg groot.
In veel situaties is er aan 2 kanten van een voorwerp luchtdruk. Zo levert een druk van 1 Bar op een voorwerp van 1 m2 een kracht van 100.000 N op. Dat is vergelijkbaar met de zwaartekracht op een voorwerp van 10.000 kg. Dat is de massa van een kleine vrachtwagen. Als je een kracht open slaat staat daar een luchtdruk op van 1 Bar en een totale kracht vergelijkbaar met de zwaartekracht op een vrachtwagen. Toch kun je de kracht gewoon vasthouden en makkelijk optillen. Dat komt doordat aan de andere kant van de kracht ook een luchtdruk is van 1 Bar. De luchtdruk werk aan 2 kanten en daardoor merk je er bijna niets van.
Eenheden
Er zijn veel eenheden voor druk. Vroeger wordt de eenheid "mm Hg" gebruikt. Daarmee werd bedoeld hoe hoog het vloeibare metaal kwik opgetild kon worden door de kracht van een bepaalde luchtdruk.
De eenheden die nu gebruikt worden zijn Bar en Pascal (Pa). Pascal is gelijk aan N/m2. 1 Bar is 100.000 Pa. Bar wordt vooral gebruikt bij luchtdruk omdat de normale luchtdruk ongeveer 1 Bar is. In de natuurkunde wordt Pa vaker gebruikt omdat dat het resultaat is in een berekening met Newton en m2.
Zoek het Engelse woord voor druk op en verklaar waarom voor druk het symbool p gebruikt wordt.
Geef 3 eenheden voor druk.
Welke eenheid wordt vooral voor luchtdruk gebruikt?
Zoek het Engelse woord voor oppervlak op en verklaar waarom voor oppervlak het symbool A gebruikt wordt.
Welke eenheid voor oppervlak moet je gebruiken bij sommen met druk?
Bereken de druk als een kracht van 800 N op een oppervlak van 6 m2 werkt.
Op een oppervlak van 30 m2 werkt een druk van 20.000 Pa. Bereken de kracht op het oppervlak.
Flat Tire |https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Flat_Tire.JPG |Gerlach |https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Flat_Tire.JPG |Public domain |https://en.wikipedia.org/wiki/Public_domain
dhr. van Waardenburg komt bij zijn auto en merkt op dat hij een lekke band heeft. Gelukkig is de band alleen aan de onderkant plat. De band wordt gerepareerd en opgepompt tot 260.000 Pa. Reken de druk om naar Bar.
Bereken de kracht van de luchtdruk in de band op een stukje rubber van 2 cm x 2 cm.
Zou je de band nog in kunnen drukken met je vinger?
Leg uit of je in de sneeuw verder weg zakt als je op 1 been staat of als je op 2 benen staat.
Op een persoon werkt een zwaartekracht van 700 N. Het oppervlak onder een schoen is 0,03 m2. Bereken de druk op de zool van de schoen als hij op 1 been gaat staan.
Bereken ook de druk op de zool als hij op 2 benen staat.
De druk wordt [[groter][kleiner]] als het oppervlakte groter wordt of als de kracht [[groter][kleiner]] wordt.
De luchtdruk is op een bepaalde dag 102.000 Pa. In een huis zitten ramen van 1,2 m bij 2,6m. Bereken de kracht op het raam.
De krachten van de luchtdruk op het raam zijn erg groot. Toch is er geen gevaar dat het dunne glas zal breken als gevolg van deze kracht. Leg uit waarom.
Een kat heeft een massa van 4,7 kg. Het oppervlak onder een poot is 3,9 cm2. Bereken de druk onder de poten van de kat.
Op een gebouw werkt een zwaartekracht van 2800 kN. Het gebouw heeft een grondoppervlak van 64 m2. Bereken de druk onder het gebouw.
Een waterfles heeft een ronde dop met een diameter van 1,4 cm. Bereken de kracht op de dop bij 1 bar.
Een bergbeklimmer vult zijn waterfles op de grond onder een druk van 1 bar. Boven op de berg is de luchtdruk 91.000 Pa. Bereken de kracht van de buitenlucht op de dop.
Bereken de drukverschil tussen de druk in de fles en de luchtdruk boven op de berg.
Bereken de netto kracht op de dop van de fles.
Wat zou er gebeuren als hij de fles boven op de berg open maakt?
Bekijk tabel 26 van de Binas. Hoe hoger je komt, hoe [[groter][kleiner]] de luchtdruk.
Een weerballon wordt voor een deel gevuld met helium. De rest van de ballon wordt niet gevuld. Wat is de luchtdruk buiten de ballon op de grond?
Wat is de druk in de ballon op de grond?
De ballon wordt opgelaten. Wat is de druk buiten de ballon op 4 km hoogte?
Er wordt bij het stijgen geen helium aan de ballon toegevoegd. Toch zet de ballon uit. Leg uit waarom.
Een weerballon doet metingen op 10 km hoogte. Om de druk te meten is een sensor gemaakt met een oppervlak van 3 x 4 cm de sensor meet de kracht van de lucht op het oppervalk. Bereken de kracht van de lucht op die hoogte op de sensor. Gebruik tabel 26 van de Binas.