Een opgave van de redactie van Stichting Exaktueel. Op basis van artikelen in de media worden opgaven gemaakt die aansluiten bij het natuurkunde-onderwijs in het voortgezet onderwijs.
Een mooie moderne toepassing van de oeroude wet van Archimedes. Met deze wet kun je verklaren, waarom voorwerpen in een vloeistof minder wegen of zelfs gaan drijven. De wet luidt als volgt:
Als je een voorwerp onder water houdt, `drukt dit water weg'. Het water drukt terug, en de kracht is even groot als het gewicht van het verplaatste water. Dat gewicht is gelijk aan de zwaartekracht op het water. Deze `wet van Archimedes' geldt voor alles dat zich in een vloeistof of en gas bevindt.
In het artikel staat over de Zeppelin: `Die opwaartse kracht, heeft Archimedes ons geleerd, is gelijk aan het gewicht van het door het helium verplaatste lucht (minus het gewicht van het helium zelf)'.
De aanvulling tussen haakjes is niet in overeenstemming met de wet van Archimedes.
Opgaven:
a) Leg uit waarom.
Als een voorwerp zweeft, is de opwaartse kracht gelijk aan de zwaartekracht op dat voorwerp. De nieuwe Zeppelin regelt het omhoog en omlaag gaan door meer of minder lucht uit de buitenlicht naar binnen of naar buiten te pompen
Voor de opwaartse kracht is het volume van het voorwerp van belang.
b) Leg uit waarom.
c) Verandert dit volume als er meer lucht in de zeppelin naar binnen wordt gepompt?
d) Verandert daarbij dus de opwaartse kracht?
e) Wat verandert er wel als er meer lucht wordt ingenomen?
f) Waarom wordt de lucht niet in dezelfde ruimte gepompt als het helium?
g) Gaat de Zeppelin omhoog of omlaag als er meer lucht naar binnen wordt gepompt?
h) Klopt dus de titel van het artikel?
i) Geef een verbeterde titel.
Van deze zeppelin is een prototype klaar dat in lengte, breedte en hoogte een derde is van de uiteindelijke afmetingen.
j) Hoeveel maal groter wordt het uiteindelijke volume?
k) Hoeveel maal meer `draagkracht' heeft de uiteindelijke zeppelin?
Uitwerking vraag (a)
De wet van Archimedes gaat over de opwaartse kracht. Het gewicht van het gas heeft te maken met de totale zwaartekracht die deze opwaartse kracht moet `compenseren'
Uitwerking vraag (b)
De zwaartekracht is gelijk aan de massa maal 9,8 ( of 10). De massa is gelijk aan de dichtheid maal het volume. Dus hoe meer volume, des te meer verplaatste vloeistof of in dit geval lucht, dus des te meer opwaartse kracht
Uitwerking vraag (c)
Nee, dit volume blijft gelijk, want het omhulsel is niet vervormbaar.
Uitwerking vraag (d)
Nee deze blijft ook gelijk
Uitwerking vraag (e)
De zwaartekracht van de zeppelin neemt toe.
Uitwerking vraag (f)
Dan ben je iedere keer alle helium kwijt. Helium is een kostbare stof.
Uitwerking vraag (g)
Omdat de zwaartekracht groter wordt zal de zeppelin naar beneden gaan
Uitwerking vraag (h)
Nee
Uitwerking vraag (i)
Voorbeelden:
Zeppelin die zijn eigen zwaartekracht regelt.
Zeppelin die omhoog en omlaag kan gaan zonder heliumgas te verliezen.
Uitwerking vraag (j)
3 tot de macht 3 is 27
Uitwerking vraag (k)
Ook 27 maal zoveel
Meer opgaven van de redactie van Exaktueel kunt u hier vinden.
