Buis van Torricelli: de lucht wegen

Een educatief simulatiespel. Voorspel hoe hoog een vloeistofkolom is die de lucht kan dragen, keer dan de buis om en kijk hoe de kolom tot rust komt.

LuchtdrukBarometer

BAROMETERBANK

Kwikbarometer

Klaar
Zet JavaScript aan om de buizen om te keren. De uitleg en het uitgewerkte voorbeeld blijven leesbaar.
VloeistofLuchtdrukJe voorspellingHoogteschaal
Druk van de kolomp = ρ·g·h

Tijd

0.00 s

t

Hoogte van de kolom

— m

h

Druk van de kolom

— kPa

ρ·g·h

Ruimte erboven

— m

L − h

Luchtdruk

— kPa

p

Voorspel voordat je start

Typ je voorspelling om de buis klaar te zetten. Start blijft uit tot er een antwoord is.

Voorspel hoeveel de lucht kan dragen.

Missiescore—

Een voorspelling binnen 2 % levert 100 punten op; een pomphoogte moet het water tillen met hoogstens 2 % ruimte over. Goed bij de eerste run levert 50 extra op. Een run telt zodra hij begint.

✓ Goed antwoord① In één keer

Zo speel je Buis van Torricelli

  1. Kies een buis en lees op de kaart de dichtheid van de vloeistof, de luchtdruk of de hoogte van de kolom.
  2. De kolom komt tot rust waar zijn druk gelijk is aan die van de lucht: ρ·g·h = p, met p in pascal (1 kPa = 1000 Pa).
  3. Typ je voorspelling en druk op Start. De kolom zakt, of de pomp maakt zijn buis leeg, gelijkmatig.
  4. Kijk naar de oranje lijn: die toont de kolomhoogte van je voorspelling naast de echte.

Hoe kan lucht een vloeistofkolom dragen?

Lucht heeft gewicht, en de hele atmosfeer boven je drukt op alles: ongeveer 101 kPa op zeeniveau, het gewicht van 10 t op elke vierkante meter. Je voelt het niet, omdat de lucht in en om je heen even hard terugduwt. In 1643 maakte Torricelli het zichtbaar. Hij vulde een glazen buis met kwik, keerde hem om in een bak, en het kwik zakte tot ongeveer 760 mm, met niets erboven. De kolom stopt waar zijn eigen druk onderaan, ρ·g·h, gelijk is aan de druk van de lucht op de bak: h = p ÷ (ρ·g). Dat is een barometer: als de lucht minder drukt, op een berg of voor een onweersbui, is de kolom lager. Water is 13,6 keer minder dicht dan kwik, dus een waterbarometer zou meer dan 10 m hoog zijn. Dezelfde grens geldt voor een zuigpomp. Die trekt geen water omhoog; hij haalt alleen lucht weg, en de lucht buiten duwt het water door de buis omhoog, op zeeniveau nooit meer dan ongeveer 10 m. Daarom hebben diepe putten een pomp onderin.

Een gericht leermodel

De buis is overal even breed, en de ruimte boven de kolom is een volmaakt vacuüm (de damp van de vloeistof wordt verwaarloosd). De kolom zakt 2 s lang gelijkmatig van de volle buis naar zijn evenwichtshoogte, h = p ÷ (ρ·g), zonder te klotsen; de bak is breed, dus zijn niveau verandert niet. De pomp haalt de lucht gelijkmatig in 2 s uit zijn buis, dus het water stijgt gelijkmatig tot het de pomp bereikt of de lucht buiten het niet hoger kan duwen; binnen 0,05 % van de grens komt het nog aan. Een pomphoogte is goed als het water de pomp bereikt met hoogstens 2 % ruimte over; elke andere voorspelling binnen 2 %. g = 9,8 m/s²; de lucht op zeeniveau drukt met 101,3 kPa. Speelt in echte tijd.

Bij het wisselen van taal blijven je buis, voorspelling, pogingen en voortgang behouden.