1.1 Wat is druk op een oppervlak?

Wat is druk?

LEERDOELEN

Je kunt al: Ldrukkracht en het statisch effect ervan omschrijven; Lhet deeltjesmodel van gassen gebruiken; Lhet gewicht en de resulterende kracht bepalen.

Je leert nu: Lde druk op een oppervlak omschrijven en berekenen; Lde druk in een gas omschrijven; Lhet absolute nulpunt omschrijven; Lhet ontstaan van atmosferische druk omschrijven; Lover- en onderdruk gebruiken om stroming te beschrijven. Dieren zijn aangepast aan hun omgeving. Hun bek, tanden en ledematen hebben een specifieke vorm, zodat ze zich kunnen voeden en verplaatsen. Hoe kunnen we die aanpassingen beschrijven met grootheden? Welke invloed heeft de omliggende atmosfeer? In dit hoofdstuk bestudeer je wat druk is en hoe een druk(verschil) voor vervorming en beweging zorgt.

1.1 Wat is druk op een oppervlak? A Maat voor indrukking

OPDRACHT 5

Bestudeer de afbeelding en de uitspraken. Wie heeft gelijk volgens jou? Dankzij meditatie voel ik de pijn veroorzaakt door de spijkers niet. De fakir verdeelt zijn gewicht over de spijkers.

De fakir spant zijn spieren op en verkleint zo zijn gewicht.©VAN IN

Afb. 3

Onderzoek hoe verschillende factoren de vervorming beïnvloeden.

1 Voer Labo 8 op p. 297 uit.

2 Verklaar waarom een fakir op een spijkerbed kan liggen. Als een drukkracht F uitgeoefend wordt op een oppervlak, wordt het oppervlak ingedrukt. De indrukking hangt af van: • de grootte van de drukkracht: F • de grootte van het contactoppervlak: A De mate van de indrukking wordt weergegeven met de grootheid die wordt voorgesteld met het symbool p. druk,

• • De indrukking neemt toe met een toenemende krachtgrootte. p ~ F De indrukking neemt af met een toenemende grootte van het contactoppervlak. p ~

1

A F

Afb. 4

fi p = In zand zie je de pootafdrukken van verschillende dieren. Eenden en kippen hebben een vergelijkbare massa. Hun gewicht op de ondergrond is ongeveer gelijk. Toch is de indrukking van de kippenpoot dieper, doordat het contactoppervlak veel kleiner is.

A

F A©VAN IN

Afb. 5

• De massa van de kip en de eend is vergelijkbaar. Ze oefenen een bijna gelijke kracht (gewicht) uit op de grond.

Feend ≈ Fkip • Het contactoppervlak van de eend is veel groter.

Aeend > Akip De indrukking van de eendenpoot is kleiner: peend < pkip

OPDRACHT 7

Bestudeer de formule voor druk.

1 Is druk een scalaire of een vectoriële grootheid? Verklaar. 2 Welke eenheid van druk kun je afleiden uit de formule? 3 Vorm de formule om, zodat je … a de kracht kunt berekenen als je het contactoppervlak en de druk kent: b het contactoppervlak kunt berekenen als je de kracht en de druk kent: OPDRACHT 8

Los het vraagstuk op.

Een dame steunt op twee naaldhakken, een olifant op zijn vier poten. 1 Wie veroorzaakt de grootste druk volgens jou? … de dame … de olifant 2 Duid de correcte gegevens aan. • A4 poten = 80 cm² / 8,0 dm² / 0,80 m² • molifant = 60 kg / 600 kg / 6 000 kg • A2 hakken= 40 cm² / 4,0 dm² / 0,40 m² • mdame = 60 kg / 600 kg / 6 000 kg

EENHEDEN OMZETTEN©VAN IN 3 Ga na wie de grootste druk veroorzaakt. Werk dat uit op een cursusblad.

4 Controleer je antwoord via de QR-code.

VRAAGSTUK DRUK

De SI-eenheid van druk is de pascal. Die eenheid is samengesteld uit de eenheden van kracht en oppervlakte (newton gedeeld door vierkante meter): 1 Pa = 1 N m2

Om een druk van 1 pascal te bekomen, oefen je een kracht van 1 N uit op een oppervlakte van 1 m². Dat betekent bijvoorbeeld dat je een massa van (ongeveer) 100 g op een vierkante meter legt. De pascal is dus een heel kleine eenheid. 1 m2 100 g Afb. 6 Vaak gebruikt men de grotere hulpeenheden hectopascal en kilopascal. 1 hPa = 1 ∙ 10² Pa 1 kPa = 1 ∙ 10³ Pa Als een kracht F uitgeoefend wordt op een oppervlak met grootte A wordt het oppervlak ingedrukt. De grootheid druk is de maat voor de indrukking. , druk Grootheid met symbool SI-eenheid met symbool

p = F

pascal Pa

B Druk verhogen en verlagen

OPDRACHT 9

Bestudeer het verschil tussen drukkracht en druk.

1 Duw op drie manieren even hard tegen de hand van je buur. 1 2 3 2 Hoe merk je het statisch effect van de drukkracht?

A ©VAN IN

3 Rangschik de situaties volgens …

a toenemende drukkracht:

b toenemend contactoppervlak:

c toenemend statisch effect van de drukkracht: d toenemende druk: OPDRACHT 10 Bestudeer een spijker. Waarom heeft een spijker een scherpe punt? Duid aan. … Je moet een grote kracht uitoefenen om een kleine druk te bekomen. … Je moet een grote kracht uitoefenen om een grote druk te bekomen. … Je veroorzaakt met een kleine kracht een grote druk. … Je veroorzaakt met een kleine kracht een kleine druk. In het dagelijks leven worden druk en (druk)kracht vaak door elkaar gebruikt. In de fysica is er een heel duidelijk onderscheid: 1 Drukkracht: de kracht die uitgeoefend wordt op een oppervlak. 2 Druk: het statisch effect dat het gevolg is van een drukkracht. De grootte van de drukkracht wordt verdeeld over het contactoppervlak. De grootte van het contactoppervlak bepaalt dus het statisch effect van de uitgeoefende drukkracht. We bekijken enkele voorbeelden. In de natuur is de bouw van dieren aangepast aan hun omgeving. • Een leeuw is een vleeseter. Dankzij zijn scherpe hoektanden (= klein contactoppervlak) kan hij met een kleine kracht zijn prooien verslinden. Hij veroorzaakt een grote druk. • Een pinguïn leeft in moerassige en besneeuwde gebieden. Dankzij de vliezen tussen zijn poten (= groot contactoppervlak) zakt hij niet in de sneeuw. Hij veroorzaakt een kleine druk. ©VAN IN

De mens gebruikt zulke inzichten uit de natuur bij de ontwikkeling van voorwerpen. Gebruiksvoorwerpen hebben, afhankelijk van hun doel, een klein of een groot contactoppervlak.

1 Groot statisch effect van de drukkracht: hoge druk Als je met een (kleine) kracht een groot effect wilt bekomen, moet het contactoppervlak zo klein mogelijk zijn. • Een mes en een schaar worden scherp geslepen, zodat je makkelijk kunt snijden en knippen. • Een naald heeft een scherpe punt, zodat je niet hard hoeft te duwen. • Loopschoenen hebben spikes, zodat je meer grip hebt. 2 Klein statisch effect van de drukkracht: lage druk Als je het effect van de uitgeoefende kracht wilt beperken, moet het contactoppervlak zo groot mogelijk zijn. • Een boekenkast staat niet op pootjes, maar steunt over de volledige breedte. • Met een snowboard zak je niet weg in de sneeuw. • Graafmachines hebben rupsbanden, zodat je over de modder kunt rijden. Om het statisch effect van de drukkracht te beïnvloeden, kies je een geschikt contactoppervlak: • Bij een klein contactoppervlak is het effect groot. Er ontstaat een grote druk. • Bij een groot contactoppervlak is het effect klein. Er ontstaat een kleine druk. ©VAN IN ` Maak oefening 1 t/m 7 op p. 244-245.