11de Vlaams Congres van Leraars Wetenschappen zaterdag 12 november Jacky Hellemans - Koen Paes

Transcriptie

1 11de Vlaams Congres van Leraars Wetenschappen zaterdag 12 november 2005 de wet van Jacky Hellemans - Koen Paes Academische Lerarenopleiding Natuurkunde Departement Natuurkunde en Sterrenkunde - K.U.Leuven Onze-Lieve-Vrouwecollege Vilvoorde

2 2 doorzichtige bak (aquarium, plastic bak, ), 2 identieke doorzichtige bekertjes korrels (spliterwten, rijst, loden korrels), balans (labobalans of huishoudweegschaal) Teken een horizontale lijn op de bekers op dezelfde hoogte. Vul de bak met water. 1. Plaats een beker in de bak. Vul deze met water tot deze in de bak zakt tot aan de lijn. Neem de beker uit de bak. 2. Plaats de andere beker in de bak en vul deze met korrels tot de beker in de bak zakt weer tot aan de lijn. Neem de beker uit de bak. 3. Plaats de beker water op de balans. Lees de massa m w van het water in de beker af. 4. Plaats de beker met korrels op de balans. Lees de massa m k af. Verklaar waarom m w = m k. Vermits de beker drijft is de zwaartekracht op de beker gelijk aan de archimedeskracht: F z = m w. g = F A = ρ w. V ond.g V ondergedompeld is het ondergedompelde volume. De balans geeft m w aan. Vermits de beker drijft is de zwaartekracht op de beker gelijk aan de archimedeskracht: F z = m k. g = F A = ρ w. V ond.g = m w. g De balans geeft m k aan, dat moet dezelfde waarde zijn als m w.

3 3 dynamometer (2 N), bij voorkeur met ronde schijf, statiefmateriaal, apparaat voor de wet van Archimedes, bekerglas gevuld met water, in hoogte verstelbaar tafeltje Maak de opstelling. Toon dat het blokje juist in het emmertje past. Lees de dynamometer af als het geheel in lucht hangt. Dat geeft F 1 = F zemmer + F zblokje Draai het tafeltje omhoog zodat het onderste blok helemaal ondergedompeld is in het water. Vul het emmertje volledig met water. Lees de dynamometer weer af. Dat geeft F 2. Verklaar je waarneming. Voor de aflezingen geldt: F 1 = F zemmer + F zblokje F 2 = F zemmer + F zblokje -F archimedes + F zwater = F 1 De archimedeskracht op het ondergedompelde blokje is dus even groot als de zwaartekracht op een hoeveelheid water met hetzelfde volume als het blokje.

4 4 2de graad - Vloeistoffen en gassen Digitale balans (tot 0,1 g), glas of bekerglas of afgesneden PET-fles gevuld met water, moer bevestigd aan een draad Zet de beker op de balans en zet de balans op nul. Hang de moer in het water. Vragen: Waarom is er een aanduiding op de balans als de moer ondergedompeld is? Als je de dichtheid van het water kent met welke grootheid van de moer komt de aanduiding op de balans dan overeen? Controleer de berekende waarde van het volume met het volume als je het bepaalt met een maatglas. Meetresultaten: Vermits de ondergedompeld moer een archimedeskracht ondervindt, ondervindt het water een even grote, tegengestelde kracht. De opwaartse kracht van het water op de moer werkt echter niet op de balans vermits je de moer via het touw vasthoudt. De neerwaartse kracht van de moer op het water wordt wel gemeten.

5 5 Dynamometer bij voorkeur met ronde schijf, statiefmateriaal, doorzichtig vat enkele identieke potjes gevuld met een verschillende hoeveelheid korrels (lood, zand, rijst, ), dichtgeplakt met secondelijm lang potje (b.v. vitaminetabletten) met cm-aanduiding, gevuld zodat het ongeveer 10 cm in de vloeistof zakt Maak een nylon draad met secondelijm vast aan de potjes zodat je ze kunt ophangen. Lees de dynamometer af als het geheel in lucht hangt, dat geeft F 1. Laat het blokje in het water zakken. Lees de dynamometer af, dat geeft F 2 = F 1 - F a. Bereken de archimedeskracht F a = F 1 - F 2. Bepaal F a voor de volgende drie situaties. 1. F a als functie van m in water (V constant, zelfde vloeistof (water)) 2. F a als functie van de vloeistof (V constant, m constant) 3. F a als functie van V in water (m constant, zelfde vloeistof (water)) 1. m (g) F z (N) F 1 (N) F 2 (N) F a (N) 269,7 2,65 2,5 1,55 0,95 150,4 1,48 1,3 0,35 0,95 116,8 1,15 1,0 0,05 0,95 3. R = 1,3 cm F 1 (N) h (cm) V (cm 3 ) F 2 (N) F a (N) 0, ,5 0,12 0,43 0, ,2 0,18 0,37 0, ,9 0,22 0,33 0, ,6 0,28 0,27 0, ,2 0,34 0,21 0, ,9 0,40 0,15 0, ,6 0,45 0,10 0,55 1 5,3 0,50 0,05 0,55 0 0,0 0,55 0,00 F a (N) 0,50 0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0, V (cm 3 )

6 6 2de graad - Vloeistoffen en gassen Onderwerp: Zinken, zweven, drijven Doorzichtige bak (aquarium, plastic bak, ), blikje cola, blikje cola-light Vul de bak met water. Plaats beide blikjes voorzichtig in het water. Het blikje cola zinkt, het blikje cola-light drijft. Eventueel kan de dichtheid van beide cola's bepaald worden door de massa en het volume van de inhoud te bepalen. Waarin kunnen de cola's verschillen? Is de suiker verantwoordelijk voor het verschil in dichtheid? Het geheel wordt spectaculair als je een grote bak gebruikt en flessen met een inhoud van 1,5 of 2 l. Bepaal de dichtheid van elk van de cola-soorten.

7 7 Onderwerp: Zinken, zweven, drijven Doorzichtige bak (aquarium, plastic bak, ), appelsien of citroen of mandarijn Vul de bak met water. Plaats de appelsien voorzichtig in het water. Ze drijft. Pel de appelsien en plaats de gepelde appelsien en de schil in het water. De schil drijft, de gepelde appelsien zinkt. Vragen: Waarom drijft de schil? Waarom drijft de gepelde appelsien niet? Waarom drijft de appelsien? Neem eventuele luchtblaasjes op de gepelde appelsien weg door er even over te wrijven voor deze in de bak te plaatsen. Je kunt dit vergelijken met een zwemvest. Heb je het aan dan blij je drijven, doe je het uit dan zink je.

8 8 Onderwerp: Zinken, zweven, drijven Doorzichtige bak (aquarium, plastic bak, ), ballon, zout Vul de bak met water. Blaas de ballon op en vul deze met water. Knoop deze toe. Breng de ballon in de bak. De ballon zinkt. Voeg zout toe aan het water. Let op wat er gebeurt. Voeg steeds meer zout toe tot de ballon zweeft en zelfs drijft op het zoute water. Roer eventueel even nadat je zout hebt toegevoegd. Wat verandert er aan de vloeistof als je zout toevoegt? Welke invloed heeft dat op de archimedeskracht?

9 9 Doorzichtige bak gevuld met water, aluminium of plastic schaaltjes, rijst of loden korreltjes Vul een bakje met een beetje rijst. Zet het op het water. Vul een ander bakje met meer rijst. Verklaar waarom het bakje drijft. Wat gebeurt er als je meer rijst toevoegt? Verklaar Als je aluminium bakjes neemt kun je er eentje samenvouwen zodat het zinkt.

10 10 Doorzichtige bak gevuld met water, ballonnen of identieke doosjes (b.v. diadoosjes) Vul de ballonnen geheel of gedeeltelijk met water of vul de doosjes meer of minder met zand of loden korreltjes. Plak de doosjes toe met secondelijm. Wat neem je waar? Verklaar je waarneming. Vul één ballon met zout water zodat hij zeker zinkt.

11 11 Doorzichtige trechter, beker met water, pingpongbal Leg de pingpongbal in de trechter. Vul de trechter met water. Houd je hand onderaan de trechter. Wat neem je in de twee gevallen waar? Verklaar je waarneming. Op dit principe is een toestel gebaseerd dat je alle dagen gebruikt, welk? (De spoelbak van een toilet.) In het eerste geval is er geen water onder de pingpongbal. De druk aan de onderkant van de bal is gelijk aan de atmosferische druk. De druk aan de bovenkant is gelijk aan de atmosferische druk plus de hydrostatische druk. De bal wordt naar beneden gedrukt. In het tweede geval is er water onder de pingpongbal gekomen. De druk op de onderkant en op de bovenkant van de bal gelijk is aan de atmosferische druk plus de hydrostatische druk. De hydrostatische druk op de bovenkant is kleiner dan die op de onderkant. De zwaartekracht op de bal is klein, de bal gaat naar boven en drijft op het water.

12 12 2 afgesneden PET-flessen, latje met drie gaten (een in het midden, twee op de uiteinden even ver van het midden), touw, statiefmateriaal, 2 identieke potjes, 1 potje met een volume dat verschillend is van het volume van de andere potjes, zand of loden korrels, zout, balans Hang steeds in de uiterste gaten een potje of de loden strip. Maak een 'balans' door het geheel te monteren via het middelste gat. Vul de PET-flessen met water of met zout water. 1. Neem 2 potjes met een verschillend volume. Vul ze tot de massa gelijk is. Hang ze op en dompel ze onder in water. 2. Neem 2 identieke potjes evenveel gevuld. Hang ze op en dompel ze onder, de ene in water de andere in zout water. Wat neem je telkens waar? Verklaar je waarneming. Volgende factoren worden achtereenvolgens onderzocht: 1. de invloed van het volume 2. de vloeistof

13 13 Twee identieke bekerglazen, twee identieke kurken stoppen, balans Vul de bekerglazen met evenveel water. Zet ze op de balans, deze is in evenwicht. Leg een kurk op een schaal, leg langs de andere kant een kurk op het water. Wat neem je waar? Verklaar je waarneming. Best vraag je voor je de kurken plaatst, wat de leerlingen verwachten dat er zal gebeuren. Je kunt dit ook doen met een balans met één schaal. Je meet dan eerst met de kurk naast de beker en dan met de kurk op het water. Neem de kurken weg en steek een staaf in een van de bekers. Vermits de drijvende kurk een archimedeskracht ondervindt, ondervindt het water een even grote, tegengestelde kracht. Het netto resultaat is dus nul. Als je een staaf gebruikt meet je de archimedeskracht niet (je houdt de staaf immers zelf vast. Je meet wel de reactiekracht.

14 14 Onderwerp: Dichtheidsmeter dichtheidsmeter, vloeistof met gekende dichtheid, vloeistof met onbekende dichtheid Giet de vloeistof in een bekerglas. Breng de dichtheids meter voorzichtig in de vloeistof. Op de schaal kan de dichtheid van de vloeistof rechtstreeks gemeten worden. Bepaal de onbekende dichtheid. Verklaar de werking van een dichtheidsmeter. Hoe kun je een dichtheidsmeter ijken? Waarom is de steel dunner dan het lichaam? Met een proefbuis gevuld met loden korrels en twee vloeistoffen waar de dichtheid van gekend is kun je zelf een dichtheidsmeter maken.

15 15 Onderwerp: Cartesiaanse duiker PET-fles gevuld met water, stop, flesje van parfumstaal, plastic pipet met moer, Maak de duikertjes. Maak een gaatje in de stop van het flesje of bevestig de moer met secondelijm aan de pipet, vul het flesje of de pipet met juist genoeg water dat het drijft. Breng het duikertje in de fles. Zet de dop op de fles en schroef deze goed toe. Duw met beide handen op de PET-fles. Let goed op het flesje of de pipet. Verandert er iets. Verklaar je waarneming. De hoeveelheid water in het flesje of in de pipet is kritisch.

16 16 2de graad - Vloeistoffen en gassen Onderwerp: Archimedes bij gassen Balans tot op 0,1 g, PET fles of glazen fles of erlenmeyer (0,5 l), soepele ballon, bruistablet of bakpoeder en azijn Vul het reservoir met water. Voeg azijn toe aan het water als je bakpoeder gebruikt. Breek de tabletten in stukken. Vul de ballon met deze stukken of met het bakpoeder. Schuif de ballon over de hals van het reservoir. Zorg er voor dat de ballon geknikt is zodat er geen contact is met het water. Zet het geheel op een balans, noteer de aflezing. Knik de ballon terug zodat het bruistablet of het bakpoeder in het water valt. Volg de aflezing van de balans. Is de ballon 'ondergedompeld' in een fluïdum? Waarom is de verandering in de aflezing klein? Zorg er voor dat je een soepele ballon hebt zodat er een grote volumeverandering optreedt. Gebruik meerdere tabletten of voldoende bakpoeder en azijn.