Natuurwetenschappen

Up Verslag bosklassen Medisch Onderzoek Natuurwetenschappen Natuurwetenschappen2 Fysica Fysica2 Fysica3 Fysica4

Natuurwetenschappen

Inleiding

Fysische grootheden + symbolen + SI-eenheden

GROOTHEDEN SYMBOLEN EENHEDEN

lengte l en s m

massa = cte = eigenschap m.b.t. de m

kg = hoeveelheid materie van die stof

tijdsduur t s

dichtheid ƒ kg/m3

kracht = elke oorzaak van F N

vormverandering of van wijziging in de

toestand van beweging of rust van een

voorwerp ( -> het doet een vwp bewegen, ... )

gewicht = aantrekkingskracht op die G N

massa uitgeoefend door de aarde

G = m.g

moment van een kracht M Nm

druk = verhouding van F/opp = F/S p Pa

arbeid A of W J

vermogen P W

energie E J

temperatuur = toestand van de stof t of T C of K

t.g.v. de beweging in de stof

= warmte = vorm van enrgie tussen voorwerpen

Enkele hoofdwetten van de natuurkunde

TRAAGHEIDSWET

- geen kracht uitoefenen op een in rust verkerend lichaam -> in rust blijven

- kracht uitoefenen op een in rust verkerend lichaam -> blijft rechtlijnig en nparig bewegen

Opmerking: geen wrijvingskracht = wet der traagheid

bv. knikker blijven rollen

Toepassingen traagheidswet:

* plots remmen van een auto -> naar voren vliegen

* trein vertrekt -> tegen rugleuning plakken

* scherpe bocht -> naar buitenkant bocht gedrukt

* afslaan van koortsthermometer

WET VAN ACTIE EN REACTIE ( F actie = - F reactie )

Wanneer een 1ste lichaam op een 2delichaam een kracht uitoefent, dan oefent het 2de lichaam
op het 1ste lichaam een evengrote kracht uit maar tegengesteld ( Opm: inwerking op 2 verschillende voorwerpen )

Voorbeelden:

* met vlakke hand op tafel kloppen -> pijn door tegengestelde kracht van de tafel

* met geweer schieten -> terugslag * tegen muur duwen * hoogspringen

* ballonnetje met lucht loslaten -> vliegt in tegenovergestelde richting weg

De 3 aggregatietiestanden en de moleculaire verklaring

Aggregatietoestanden

- VASTE toestand ( vaste vorm + volume ):

-> vorm door de mens eraan gegeven

-> vorm door de natuur tot stand gebracht

- VLOEIBARE toestand

-> vorm van het vat waarin het zich bevindt + horizontaal vrij vloeistofoppervlak

-> vast volume ( weinig samendrukbaar ) bv. afwippen stof op een fles

Opm: in zeer kleine hoeveelheden neemt vloeistof wel een vaste vorm aan

= bolvorm ( waterdruppels )

- GASVORMIGE toestand

-> vorm van het vat waarin het gas zich bevindt ( vervoeren in een afsluitbaar vat )

-> veranderlijk volume

Ondoordringbaarheid van een stof

Waar een stof is, is geen andere stof -> de makkelijkst verplaatsbare stof zal wijken voor een andere stof .

bv. vaste stof in een vloeistof brengen -> vloeistof wijken

De moleculaire hypothese

Elk lichaam kan in kleine deeltjes verdeeld worden bv. olie op water, krijt op bord, ...

Molecule = het kleinste deeltje waarin men een stof kan verdelen + bezit nog steeds de eigenschappen van die stof.

Een stof is opgebouwd uit moleculen, die steeds in beweging zijn -> snelheid toenemen met de temperatuur

= THERMISCHE BEWEGING

Een molecule is opgebouwd uit atomen ( 105 = )

Cohesie: aantrekkingskracht tussen moleculen van dezelfde soort

bv. in water, metaal, ...

Adhesie: aantrekkingskracht tussen moleculen van verschillende soort

bv. water aan het raam

Verklaring van de 3 aggregatietoestanden

VASTE STOF: - moleculen trillen rond vaste stand = vaste vorm

- grote cohesie = moleculen bij elkaar houden = onveranderd volume

- vloeibaar maken door vaste stof te verwarmen

VLOEISTOF: - moleculen van de vaste stof gaan door het verwarmen trillen en losschieten + vrij bewegen

- onderlinge botsingen wijzigt voortdurend hun richting = veranderlijke vorm

- nog cohesie: onveranderd volume

- gasvormig maken door energie toe te voeren

GAS: - snelheid van de moleculen vergroot en schieten uit de vloeistof = damp

- geringe cohesie = vrij rondbewegen van de moleculen

= geen vaste vorm + volume

 

De lucht

Aanwezigheid en eigenschappen van lucht

Lucht is meestal onzichtbaar, maar toch aan te tonen

PROEF 1: opstelling: bak met water -> een leeg drinkglas in de bak duwen

waarneming:

- geen water in het glas

verklaring:

- als er "niets" in het glas zat, zou er wel water in kunnen komen

 

PROEF 2: opstelling: bak met water -> een leeg drinkglas in de bak duwen met op de

bodem van het glas een vastzittende prop papier

waarneming:

- de prop blijft droog

 

PROEF 3: opstelling: bak water -> een lege fles omgekeerd in de bak water duwen +

nadien schuin houden

 

waarneming:

- er ontsnappen luchtbellen

 

PROEF 4: opstelling: bak met water -> trechter omgekkerd in het water duwen + trechterbuis met de vinger afsluiten -> vinger loslaten

waarneming:

- er ontsnapt lucht ( bewegende lucht kan je zien en horen ) en er komt water in de plaats

 

BESLUIT:

Daar waar lucht is, kan niets anders zijn.

Lucht neemt een bepaalde plaats in.

PROEF 5: opstelling: 2 bladen papier van hetzelfde formaat + een blad veranderen in een prop -> beide laten vallen vanop dezelfde hoogte

waarneming:

- het propje is eerst beneden

verklaring:

- lucht biedt weerstand aan bewegende voorwerpen.

- hoe > oppervlak waarop de lucht kan inwerken, hoe meer de

beweging geremd wordt

toepassingen:

* wielrenners maken zich zo klein mogelijk om zo weinig mogelijk weerstand te hebben

* gestroomlijnde auto’s, vliegtuigen, ...

Opmerkingen:

- luchtledig of vacum: ruimte zonder lucht ( thermos ) -> vwpn gaan hier even snel

voortbewegen ( er zijn luchtdeeltjes die weerstand bieden )en zware

vwpn. gaan even snel vallen

- lucht heeft geen vaste vorm -> neemtde vorm van het vat aan

- om aarde = een luchtlaag = atmosfeer of dampkring ( hoe hoger, hoe ijler )

- een l lucht = 1,3g


De lucht drukt!

Aantonen van de luchtdruk

PROEF 1: opstelling: fles vullen met water -> afsluiten met de hand en omkeren in een vat met water -> hand loslaten

waarneming:

- de vloeistof blijft in de fles

verklaring:

- de lucht drukt zo hard op het wateroppervlak, dat het water erin blijft

 

PROEF 2: opstelling: plastic fles vullen met water -> afsluiten met de hand en

omkeren in een vat met water -> gaatje prikken in fles ->

hand loslaten

waarneming:

- de vloeistof komt uit het water en daalt tot het oppervlak

gelijk is aan dat van het wateroppervlak

verklaring:

- delucht drukt wel op het wateroppervlak in de fles

 

PROEF 3: opstelling: drinkglas met een gave rand boordevol met water vullen -> glas bedekken met een stevig papier -> vlakke hand erop leggen en glas omdraaien

waarneming:

- het papier blijft aan het glas kleven

verklaring:

- de lucht drukt in opwaartse richting

 

Zuigen en luchtdruk

PROEF 4: opstelling: een vel huishoudfolie over de opening van een trechter ->

met de mond aan de trechterbuis zuigen

waarneming:

- de folie wordt naar binnen gezogen

verklaring:

- de luchtdruk binnen < de luchtdruk buiten

BESLUIT:

Zuigen doet de luchtdruk dalen.

toepassingen:

* gummizuiger = luchtdruk buiten is hoger dan binnen -> blijft hangen

* zuigen aan een rietje = luchtdruk daalt in het rietje

-> vloeistof komt omhoog

* opzuigen van vloeistof met een injectiespuit = we nemen de luchtdeeltjes weg uit de spuit, zodat de luchtdruk buiten
> wordt dan binnen. De vloeistof wordt alzo opgezogen.

bv. 2 gaatjes in een blik cola melk maken -> deel van de vloeistof komt eruit en je creert een ruimte met

onderdruk

In welke richting drukt de lucht?

De lucht drukt in alle richtingen even sterk, omdat:

- de gummizuiger kleeft evengoed aan het plafond, als aan de muur, ...

- als je de trechter in een andere richting houdt, krijg je hetzelfde effect

- omgekeerde glas = opwaartse richting!

Het meten van de luchtdruk

PROEF 5: opstelling: een doorzichtige plastic slang vullen met water + aan het ene uiteinde afgesloten met een stop + open

uiteinde in een emmer met water

waarneming:

- het water loopt niet uit de slang

verklaring:

- de lucht drukt op het wateroppervlak, zodat het water in

de buis blijft

Opmerking

De luchtdruk kan een waterkolom van 10m ophouden.

 

Meten van de luchtdruk met een barometer

- 1643: eerste barometer door Torricelli -> zelfde werkwijze alshierboven, maar hij gebruikte kwik = vloeibaar metaal ( 1l kwik = 13,6 kg ) i.p.v. water.

Werkwijze:

- glazen buis van 80 cm + buis langs de ene kant open

-> buis vullen met kwik en met de vinger de buis dichthouden

-> buis met de opening in een emmer met kwik brengen

-> vinger wegtrekken

Waarneming:

- het kwik in de buis daalt tot op een hoogte van 76 cm boven het kwikopp.

van de emmer

Verklaring:

- door de luchtdruk op het kwikopp. wordt een kwikkolom van 76 cm hoog

opgehouden

Gevolg:

- men kon de grootte van de luchtdruk meten!

BESLUIT:

de luchtdruk = de druk van een kwikkolom van ongeveer 76cm hoogte!

Opmerking:

- luchtdruk wordt nu gemeten in hectopascal ( hPa ) = de officile nheid

- 76 cm Hg = 1013 hPa

- luchtdruk afh. van het weer + de plaats

- barometer helpt het weer te bepalen

lucht droog -> druk is zwaar -> kwik stijgt

lucht vochtig -> druk is lichter -> kwik daalt

- wind = de lucht die van een hoog drukgebied naar een laag drukgebied stroomt


De soorten barometers

kwikbarometer: - bestaat uit een bakje met kwik waarin een omgekeerde glazen buis met kwik zit

Werking: idem als de proef van Toricelli

hevelbarometer: - een gebogen buis met een kort open en een lang gesloten been

- buis is gevuld met kwik

- in het gesloten been is er boven het kwik een luchtledige ruimte

Werking:

Hoe > de luchtdruk, hoe harder de lucht op het kwik in het open been drukt

Hoe < de luchtdruk, hoe minder hard de lucht op het kwik drukt.

Grootte luchtdruk wordt bepaald door:

de afstand te nemen tussen het kwikoppervlak in het open en het kwikoppervlak in het gesloten been -> gebruik maken van een verschuifbaar latje = nulpunt lat wordt op dezelfde hoogte gebracht als die van het kwikoppervlak in het open been.

metaalbarometer: - bestaat uit een luchtledig doosje met een gegolfd deksel waarop een

wijzer vastzit die voor een schaal beweegt

Werking:

Hoe harder de lucht op het dekseltje duwt, hoe > de aangewezen luchtdruk en omgekeerd.

Opmerking:

Veel gebruikt in huiskamers.

 

De samenstelling van de lucht

PROEF 1 opstelling: kaars branden + glazen pot overheen zetten

waarneming:

- de kaars dooft

- hoe kleiner de pot, hoe vlugger de kaars dooft

verklaring:

- 1 lucht die de verbranding onderhoudt bevat zuurstof

- 2 lucht die de verbranding niet meer kan onderhouden de lucht bevat nog stikstof, maar geen 02 meer

PROEF 2: opstelling: diep bord vullen met water -> brandend kaarsje op een kurkje plaatsen in het midden van het

bord -> glazen pot overheen plaatsen -> waterpeil op de pot markeren

waarneming:

- naarmate de kaars verder brandt, stijgt het water

- 1/5 deel van de lucht verdwijnt

verklaring:

- er wordt O2 verbruikt

VOORLOPIG BESLUIT:

lucht bevat ongeveer 20% zuurstof en 78% stikstof (N2)

 

PROEF 3: opstelling: brandende kaars + een schaaltje kalkwater onder

een glazen pot plaatsen

waarneming:

- de oppervlakte van het kalkwater is troebel geworden

= witte troebeling

verklaring:

- hoge concentratie van koolstofdioxide ( CO2 )

formule:

CA(OH)2 + CO2 => CaCO3 + H2O

WIT

PROEF 4: opstelling: fles met koud water uit de diepvries in de klas

waarneming:

- er komen waterdruppels op het voorwerp

verklaring:

- waterdamp condenseert

BESLUIT:

SAMENSTELLING VAN LUCHT

* 21% O2 * edelgassen ( neon, helium ), ozon

* 78% N2 * beetje H2O en CO2


Verbranding

Bij verbranding: - zuurstof verbruiken en koolstofdioxide gevormd

- brandstof nodig om stof te verbranden

- zuurstof verbinden met brandstof

-> bij sommige stoffen gebeurt dit spontaan

-> bij andere stoffen moet men warmte toevoegen

* Hevige, snelle verbranding

- vuur = zichtbaar i.v.v. vlammen

- temperatuur vrij hoog

- zuurstofvoorziening = zeer belangrijk = verbinding met zuurstof

bv. stapeling van het hout bij een kampvuur

goede luchttoevoer bij een kachel

- formule: brandstof + zuurstofgas => koolstofdioxide + H2O + warmte met vuur en vrij hoge t

- Opmerking: bij onvolledige verbranding = te lage O2-toevoer = CO- vorming

* Trage, zachte vebranding

1. ROESTEN

- roest = verbinding van ijzer + zuurstof uit de lucht = trage verbranding zonder vuur

Verbonden of communicerende vaten

vat = reservoir waarin we een vloeistof bewaren

verbonden vaten = 2 of meer vaten die door een buis verbonden zijn met elkaar

PROEF 1: opstelling: plastic doorzichtige slang ( >1m ) + gedeeltelijk

vullen met water

1. we houden 2 benen naast elkaar

2. 1 been onbeweeglijk + andere been omhoog en omlaag

3. 1 uiteinde verbinden met een trechter + andere been

omhoog en omlaag en schuin bewegen waarneming:

- 1. niveau blijft links en rechts evenhoog

- 2. ook hier blijft het niveau langs beide kanten evenhoog

- 3. alles niveaus evenhoog

BESLUIT:

In verbonden vaten staat een vloeistof altijd op dezelfde hoogte, wat ook de vorm van die vaten is.

Proef met het fonteintje

PROEF: opstelling: plastic slang helemaal vullen met water -> 1 been afsluiten met duim + andere been stuk hoger brengen

-> duim voorzichtig wegschuiven

waarneming:

- water spuit uit de slang

* theoretische hoogte:

water spuit tot op de hoogte van het andere been

* praktische hoogte:

water bereikt niet de hoogte van het waterpeil omdat:

de neervallende druppels vormen een hindernis voor de opstijgende druppels

de luchtweerstand -> de waterzuil wordt in druppels verdeeld

Toepassingen

- peilglas van ketels

- schenktuiten van thee-en koffiepotten

- flesjes waterpas bij het landmeten

- afvoerbuis van de WC

- watertoevoer van de waterleiding

- werking van sluizen

- artesische putten: water opspuiten bij het graven van putten op glooiende, ondoordringbare lagen

- oxidatie makkelijker in een vochtige omgeving

- beschermende laag bedekt het ijzer tegen roesten: vet, verf

- koper kan ook oxideren

- roestvrije metalen: nikkel, tin, zink, chroom en edele metalen

2. VERBRANDING VOEDINGSSTOFFEN IN LEVENFDIGE ORGANISMEN

- zuurstof van de ademhaling binden met brandstof -> vorming van CO2 en warmte zonder vuur + vrij lage t

- formule: C6H12O6 + 6O2 -> 6CO2 + 6H2O + warmte zonder vuur + lage t

Aggregatietoestanden:

Uitzetten en inkrimpen van VASTE stoffen

PROEF 1: opstelling: plankje met 2 spijkers erop, waar juist een geldstuk

tussen kan -> geldstuk verwarmen -> geldstuk

tussen de 2 spijkers proberen te schuiven -> laten afkoelen en opnieuw proberen

waarneming:

- 1. het munststuk gaat er niet meer tussen

- 2. nadien wel

verklaring:

- munstuk = uitgezet door verhitting

- munststuk = ingekrompen door afkoeling

 

PROEF 2: opstelling: koperdraad vasthangen aan 2 plankjes -> in het

midden van deze koperdraad een oogschroef hangen boven de basisplank -> koperdraad verwarmen

waarneming:

- de oogschroef raakt de basisplank

verklaring:

- draad = uitgezet door verwarming

PROEF 3: opstelling: bol en ring van ‘s - Gravesande -> bol kan

precies door de metalen ring -> bol verwarmen

waarneming:

- bol geraakt niet meer door de ring

verklaring:

- bol = uitgezet door verwarming

BESLUIT:

Vaste stoffen zetten uit bij verwarming en krimpen bij afkoeling.


Uitzetten en inkrimpen bij VLOEIstoffen

PROEF 1: opstelling: reageerbuis vullen met koud water -> doorboorde stop met een glazen buisje opzetten -> waterpeil

in het buisje aanduiden -> reageerbuis verwarmen +

nadien laten afkoelen

waarneming:

- 1. het waterpeil stijgt

- 2. het waterpeil zakt

verklaring:

- vloeistof = uitgezet door verwarming

- vloeistof = inkrimpen door afkoeling

Opmerking:

Dit geldt ook voor andere vloeistoffen.

BESLUIT:

Vloeistoffen zetten uit bij verwarming en krimpen bij afkoeling. ( toep. = thermometer )

Inkrimpen en uitzetten bij gassen

PROEF 1: opstelling: lege reageerbuis met daarop een dorrboorde stop

met een glazen + koud buisje -> buisje in een beker met water steken -> reageerbuis in handen verwarmen ->

nadien over de buis koud water gieten

waarneming:

- 1. er komen bellen uit het proefbuisje

- 2. water stijgt in het buisje

verklaring:

- het gas ( lucht ) = uitzetten door verwarming

- lucht = inkrimpen door afkoeling

PROEF 2: opstelling: brede, koude reageerbuis met een leeg ballonnetje over het uiteinde -> reageergbuis verwarmen door deze in een pot met heet water te zetten

waarneming:

- het ballonnetje staat bol

verklaring:

- gas = uitzetten bij verwarming

Opmerking

buis afwisselend in koud en heet water plaatsen -> ballon afwisselend opzwellen en slap worden

BESLUIT:

Gassen uitzetten bij verwarming en inkrimpen bij afkoeling.


De thermometer

Beschrijving: In de thermometer zit een vloeistof in een afgesloten ruimte,

bestaande uit een reservoir verbonden met een capillair

Afregeling:

- kwikreservoir in een bak ijs zetten -> op de hoogte van de kwikkolom 0C plaatsen

- kwikreservoir in damp van kokend water houden -> op de hoogte van de

kwikkolom 100C plaatsen

- afstand tussen 0 en 100C verdelen in 100 gelijke delen, m.a.w.

1 deel = 1C

- capillair is nodig voor de nauwkeurige aflezeing van de temperatuur door de kleine volumeverandering

Temperatuurbereik:

Kwik- en alcoholthermometer hebben een ander temperatuurbereik door het verschil in kook -en stollingspunt.

Kookpunt Stollingspunt

alcohol = 80C alcohol = - 114C

kwik = 357C kwik = - 39C

Bij koortsthermometer: blijft de hoogst gemeten temperatuur aanduiden door de sterke cohesiekrachten

-> door kloppen ( wet traagheid ) kan je het kwik terug in het reservoir krijgen.

Andere temperatuurschaal Fahrenheit = F

nog gebruikt in de VS

- formule voor de overgang van C naar F

x C = ( 9/5x + 32 ) F

- formule voor de overgang van F naar C

x F = ( x - 32 ) 5/9 C

De Celsius - en Fahrenheitschaal

18F = 100C of 1C = 1,8F

 

Stollen en smelten

PROEF 1: opstelling: gesmolten kaarsvet in een reageerbuis -> laten stollen -> peil aanduiden van het gestolde

kaarsvet -> reageerbuis verhitten van boven naar onder -> nadien laten afkoelen

waarneming:

- 1.kaarsvet wordt vloeibaar toename volume

- 2.kaarsvet is terug vast geworden afname volume

BESLUIT:

Smeltpunt = de temperatuur waarbij een vaste stof vloeibaar begint te worden.

Stollingspunt = de temperatuur waarbij een vloeistof vast begint te worden.

bv. ijs -> 0C, stearine -> 60 70C, parrafine -> 45 - 60C, ijzer -> 1535C, ...

Voor elke stof = smeltpunt = stollingspunt.

Opmerking

Industrie maakt veel gebruik van deze overgang:

stof door verwarming vloeibaar maken -> vorm geven -> terug laten afkoelen -> vaste vorm

 

Bij smelten: toename volume + afname dichtheid

Bij stollen: afname volume + toename dichtheid

=> Uitzondering: WATER volume ijs > volume water

dichtheid ijs < dichtheid water

Verklaring: Bij vaste toestand werkt de aantrekkingskracht niet -> deeltjes bewegen zich

verder uit elkaar ( onder 0C )

Gevolgen: - barsten waterleidingen bij vorst

- erosie van rotsen -> binnendringen water in spleetjes en bevriezen

- vijver dichtvriezen -> ijs bovendrijven -> afkoeling van het water daaronder vertraagd door isolatie vanwege de ijslaag