Druk

Druk op een vloeistof: geschiedenis

Lang lang geleden

We zien in de les een aantal toepassingen van hydraulica, de leer van de vloeistoffen. De meest praktische daarvan is de hydraulische pers, maar voorbeelden van allerlei andere hydraulische toepassingen zien we al in de Hellenistische periode zo'n 300 v.Chr.. Toen reeds had men de kennis van de krachtpomp, wellicht beter bekend als de brandpomp die men in de Middeleeuwen nog steeds gebruikte.

Even uitleggen:

Zo'n pomp bestond meestal uit twee zuigers (links en rechts op de tekening), om beurten werden ze omhoog getrokken en naar beneden geduwd. Het water wordt uit het reservoir dat zich bevindt rond de tekening geduwd in de middelste buis (de pomp zit in het reservoir). Dit gebeurt als volgt:

• Bij het naar boven gaan van de zuiger opent de klep onderaan en sluit de klep naar de middelste buis. Het reservoir onder de zuiger wordt gevuld met water,
• Bij het naar binnen duwen van de zuiger sluit de klep zich onderaan door de druk van het water en opent de klep naar de middelste buis toe, het water wordt door de middelste buis naar buiten geduwd.

Pas midden de 17de eeuw werd de werking correct uitgelegd door een leerling van Galileo Galilei. Voordien werd het effect uitgelegd met het Horror vacui van Aristoteles. Deze leer uit de oudheid legt uit in de natuur er niet zoiets bestaat als 'het lege', het vacuüm en dat dus moet opgevuld worden met iets anders (het water in dit geval). Nu weten we wel beter: het omhoog halen van de zuiger zorgt voor een onderdruk die de ene klep toe trekt en de andere open trekt. Het water wordt als gevolg van de onderdruk (t.o.v. de atmosferische druk van de omgeving) in de zuiger geduwd.

Recenter

In de recentere tijd kennen we vooral Blaise Pascal die het principe bedacht van de hydraulische pers ±1650. Het idee zoals te zien valt in je boek (p 84, fig. 6.10) dateert pas van 1795 en werd toen gepatenteerd door Joseph Bramah. In die tijd werd hydraulica in de industriële wereld nagenoeg niet gebruikt, maar daar kwam snel verandering in dankzij deze uitvinding die tot op de dag van vandaag nog steeds veel wordt toegepast.

Bronnen en verder leesvoer

Naast de links in de tekst ook nog:

• Foto van een gevonden Romeinse pomp.
• Nog een Romeinse pomp
• Allerlei interessante water machines.

Zinken, zweven en stijgen

... en het gevolg voor vogels met honger naar mossels

In dit prachtige fragment uit Planet Earth: Ice World zie je na 8'14" (je kunt doorspoelen tot aan het bewuste fragment) hoe een eend die aan de Noordpool leeft vecht tegen de opwaartse stuwkracht die hij ondervindt in het water. Om te dalen en om beneden te blijven vecht het dier uit alle macht om niet automatisch terug naar boven te stijgen. Stijgen is dus bijzonder makkelijk: gewoon niets doen zoals je zult zien. Het filmpje is een duidelijk voorbeeld van een voorwerp (de eend) met een lagere massadichtheid dan de omringende vloeistof waardoor het indien geen andere krachten inwerken op het voorwerp, het van nature zal stijgen. Deze lage massadichtheid is ook nodig aangezien eenden moeten kunnen drijven op water en omdat vogels in het algemeen moeten kunnen vliegen. Concreet hebben vogels een massadichtheid van ongeveer 0,6.10³ kg/m³, zeewater een massadichtheid van 1,030.10³ kg/m³. Je kunt hiermee dus berekenen wat de verhouding is van het volume van de eend onder water t.o.v. zijn totaal volume.

Het is niet nodig om door te spoelen want het hele filmpje is enorm interessant. Samentroepende koningspinguins die een winter van vier maanden overleven zonder voedsel om een enkel eitje uit te broeden bijvoorbeeld. De andere delen vind je ook op YouTube.