demo practicum stroming
Na de natuurkundeles over het interessante onderwerp "stroming" heb ik een demonstratiepracticum uitgevoerd om de theorie in de praktijk te brengen. Hiervoor maakte ik gebruik van een fles die volledig gevuld was met water, en waar ik aan de zijkant, helemaal onderaan, een gaatje had gemaakt. Het doel was dat de klas in slow motion kon observeren wat er precies gebeurt op het moment dat de fles valt. Vervolgens kregen ze de opdracht om dit fenomeen nauwkeurig te beoordelen en, aan de hand van de eerder behandelde onderwerpen, te verklaren waar en waarom de waargenomen verschijnselen zich voordoen zoals ze doen.
Ter voorbereiding op dit practicum heb ik het experiment eerst thuis zelfstandig uitgevoerd. Dit gaf mij de waardevolle kans om zelf te ervaren wat er allemaal gebeurt tijdens het proces en hielp mij potentiële problemen of complicaties tijdens het demonstratiepracticum vooraf te herkennen en, waar mogelijk, effectief te voorkomen.
In de video zie je een fles met een gaatje aan de zijkant.
-
Zolang de fles stilhangt of op tafel staat, spuit er een straal water uit het gaatje. Dit komt doordat het water in de fles door de zwaartekracht naar beneden gedrukt wordt: de hydrostatische druk duwt het water naar buiten.
-
Zodra de fles losgelaten wordt en naar beneden valt, stopt de straal. Het water stroomt niet meer uit het gaatje terwijl de fles in vrije val is.
Uitleg van de fysische principes:
-
Hydrostatische druk in rust
-
In een stilstaande fles veroorzaakt de zwaartekracht een druk p=ρgh op de wand.
-
Hoe dieper het gaatje zit, hoe groter de druk en dus de waterstraal.
-
-
Vrije val = gezamenlijke versnelling
-
Zodra de fles losgelaten wordt, versnelt de fles én het water met dezelfde valversnelling g.
-
Hierdoor is er geen relatieve kracht meer die het water tegen de wanden drukt.
-
-
Gewichtloosheidssituatie
-
In vrije val “verdwijnt” de hydrostatische druk: de waterkolom heeft geen gewicht meer t.o.v. de fles.
-
Gevolg: er ontstaat geen drukverschil → het water wordt niet meer uit het gaatje geduwd.
-
-
Vergelijking met ruimtevaart
-
In het ISS ervaren astronauten hetzelfde principe: ze zweven, omdat ze samen met hun omgeving in vrije val om de aarde bewegen.
-
Het water in de fles gedraagt zich dus kortstondig alsof het in de ruimte is: geen zwaartekrachtseffecten binnen de fles zelf.
-
Kernzin voor in de klas
“De waterstraal stopt in vrije val omdat er geen hydrostatische druk meer is: water en fles vallen samen en ervaren gewichtloosheid.”