Joomla Free Template by FatCow Hosting

Waterbarometer hoogtemeting

Lage druk (slecht weer) - hoge druk (mooi weer)

Hoe kun je met een waterkolom meten hoe hoog je gebouw is?

Niveau

:

Mavo 2/3/4, Havo 2/3, VWO 2/3
Havo 4/5, VWO 3/4
VWO 5/6

Doel

:

  • Hoe kun je met een waterkolom meten hoe hoog je gebouw is?

Nodig

:

  • 1x waterkolf met een bodempje water
  • 1x kurk
  • 1x glazen buis
  • kleurstof
  • millimeterpapier
  • evt emmer met water en lood
  • bouwtekening van de school met daarin de hoogtes aangeduid (leuke aanvulling)

Links

:

www.roelhendriks.eu

maatkolf waterbarometer

 

Nadat we onze eigen waterbarometer al hadden gebouwd (bijna identiek), trof ik die van Roel Hendrikse aan (www.roelhendriks.eu). Net iets perfecter als die van ons. Dus een verwijzing naar zijn website kan niet uitblijven.

Belangrijk: het volume van de lucht in de kolf is (bij benadering) constant!
Uitleg: het volume van het glazen pijpje is zeer klein in verhouding met het volume in de kolf. Hoogteveranderingen van het vloeistofniveau in de pijp leiden tot niet noemanswaardige niveauveranderingen in de kolf. Daarom mogen we er van uit gaan dat het volume van de lucht in de kolf constant is.

LET OP!!!

Als je je warme handen op de kolf legt, zie je de waterkolom in het pijpje flink stijgen. Temperatuursverschillen hebben dus een flinke invloed op deze proef. 

Als je je in een hoog gebouw bevindt, kun je twee kanten op: omhoog en omlaag.

  • Ga je omhoog, dan wordt de luchtdruk groter en wordt de vloeistof in pijpje naar beneden gedrukt. 
  • Ga je omlaag, dan wordt de luchtdruk kleiner en komt de vloeistof in pijpje hoger te staan.

 

OPDRACHT: bepaal het hoogteverschil tussen twee punten met behulp van de waterbarometer.

  • punt 1 is bijvoorbeeld de vloer van de entreehal,
  • punt 2 is bijvoorbeeld de bovenkant van de lessenaar in je lokaal.

 

WERKWIJZE:

  • zet de emmer met kolf op punt 1 en geef op het millimeterpapier aan hoe hoog de vloeistof nu staat.
  • verplaats de emmer met kolf naar punt 2 en geef op het millimeterpapier aan hoe hoog de vloeistof nu staat

 

Je weet nu hoeveel hoogteverschil je in de pijp kreeg. 

Laten we er van uit gaan dat het hoogteverschil van het vloeistofniveau 2,4 cm bedraagt. Terwijl je met de waterbarometer de trap op liep, kwam het water in de buis 2,4 cm omhoog. 

Hoe kun je met behulp van deze informatie bepalen wat het hoogteverschil is tussen de punten 1 en 2?

Benodigde formules:

formules

 

maatkolf waterbarometer 2Voor de stijging van het vloeistofniveau in de fles geldt:

  • Δp = ρwater x Δhwater x g
  • Δhwater = 1,8 cm = 0,0018 m
  • g = 10 m/s2 (afgerondde waarde)
  • ρwater = 1000 kg / m3
  • Δp = 1000 kg / m3 x 0,0024 m x 10 m/s2 = 240 N/m2 = 180 Pa

 

Je bent met de waterbarometer een bepaald aantal meters omhoog, de trap opgelopen naar de hoogste verdieping van je school. De luchtkolom boven de waterbarometer is kleiner geworden! Je bent immers naar boven gegaan, dus de afstand tussen de waterbarometer en de grens van de atmosfeer is een gelijk aantal meters minder geworden. Voor deze luchtkolom geldt eveneens de formule Δp = ρ x Δh x g:

  • Δp = ρlucht x Δhlucht x g
  • Δp = 180 Pa
  • g = 10 m/s2 (afgerondde waarde)
  • ρlucht = 1,29 kg / m3
  • 180 Pa = 1,29 kg / m3 x Δhlucht x 10 m/s2 => Δh = 13,95 m

 

formule 2

 

Controleer op de bouwtekening van je school of het resultaat overeenkomt van je berekening overeenkomt met de werkelijkheid!

Bouwtips:

Maak de bovenkant van de pijp dicht met tape. Prik met een naald een klein gaatje in de tape zodat de pijp niet meer luchtdicht is. Het kleine gaatje remt doorstomende lucht flink af en zorgt er voor dat het waterniveau in de pijp minder schommelt. Eigenlijk voorkom je op deze manier dat het water uit de kolf tot tegen het plafond omhoog spuit zodra iemand hem te snel op tilt.

Temperatuursinvloeden:

Zoals al gezegd, is deze waterbarometer erg temperatuursgevoelig. Als je je warme handen op de kolf legt, zie je de waterkolom in het pijpje flink stijgen. Lees op de website van collega Roel Hendrikse hoe je de invloed van temperatuurschommelingen effectief tegen kunt gaan (www.roelhendriks.eu). Vandaag probeerden we de waterbarometer uit bij "Uitkijktoren de Kaap" hier in Doorn. Deze toren is 53m hoog en staat bovenop een heuvel. Onze werkwijze bleek niet waterdicht te zijn. Toen we naar boven gingen, steeg het water in de pijp een beetje. Maar toen we weer naar beneden gingen, steeg het water opnieuw. Bovenop de toren staat meer wind. Onder aan de toren, op een open plek in het bos, is het bijna windstil. Hierdoor kan de temperatuur beneden onder invloed van de zon lekker oplopen. En kleine temperatuurverschillen hebben veel impact op de waterbarometer. 

Dus dat emmertje water van Roel Hendrikse is een must. Maar dan: plaats de kolf tenminste een uur voordat je met de proef begint in het water zodat beide temperaturen bij aanvang van de proef aan elkaar gelijk zijn. Bij ons ging dat mis. Toen we de proef inderhaast wilden herhalen, vulden we een emmer met water uit de kraan. Maar de kolf bevatte water op kamertemperatuur, terwijl het water uit de kraan een stuk kouder is. Tijdens de uitvoering van de proef koelden het water en de lucht in de kolf af omdat kraanwater in de emmer een lagere temperatuur had. Dat is niet handig!

Lekkage:

Als de proef niet het verwachtte meetresultaat oplevert, kom je voor de vraag te staan... kan er sprake zijn van lekkage langs de kurk? Zowel langs de flessenhals als langs de buis zou lucht kunnen weglekken. Om er zeker van te zijn dat dat niet gebeurd, kun je vaseline gebruiken. Vaseline is dik vet. Smeer dat rondom de kurk en je 

 


 

Hits: 3466
Plaats reactie


Beveiligingscode
Vernieuwen

Andere websites

Helaas, ik heb het ei van Columbus niet uitgevonden. Er zijn meer websites als PhysicsExperiments.org:

Doel

Physicsexperiments.org wil docenten en TOA's Natuurkunde inspireren. Physicsexperiments.org is een verzameling Natuur­kunde Experimenten. Welk experiment, simpel of gecompliceerd, verdient aandacht.

Vind je mijn initiatief positief en wil je een bijdrage leveren? Graag!!! Ik sta altijd open voor nieuwe ideeën, voor verbeteringen, aanvullingen en hulp bij vertaling.

Je collega-TOA