[fysica] heliumballon

againstthecity

Klintersaas schreef:1) Een plastic ballon met een massa van 25,5 g wordt gevuld met heliumgas tot het volume 50 liter bedraagt. Aan de ballon hangt een touw. De massa van 1 meter touw bedraagt 15 g.

(dichtheid lucht: 1,29 kg/m³)

(dichtheid helium: 0,18 kg/m³)

Deze ballon stijgt op in de lucht tot er h meter touw van de grond opgetild is. h is:

2,5 m

2,0 m

1,5 m

1,0 m

Verborgen inhoud
Antwoord B.

Stel een vraag over deze oefening.

(Herkomst: simulatie-examen EMSA 2009)

Ik heb al even zitten nadenken over dit vraagstuk, maar ik kom er niet. Ik dacht dat ik de zwaartekracht uitgeoefend op het touw, moest gelijkstellen aan de archimedeskracht uitgeoefend op de ballon. Dus m g = rho g V

Ik dacht om daar dan de massa m van het touw eruit te kunnen halen, maar ik kom als massa 0.0645 kg uit. En dan kom ik er dus niet. Weet iemand hoe het wel moet?

Jan van de Velde

Ik heb al even zitten nadenken over dit vraagstuk, maar ik kom er niet. Ik dacht dat ik de zwaartekracht uitgeoefend op het touw, moest gelijkstellen aan de archimedeskracht uitgeoefend op de ballon.

correct

Dus m g = rho g V

in principe niet verkeerd. Maar als je het zo kort en bondig wil doen is het zaak is om de juiste m (of som van massa's) in te vullen, en voor ρ een VERSCHIL in dichtheid (de basis van archimedesproblemen) tussen lucht en helium.

Ik dacht om daar dan de massa m van het touw eruit te kunnen halen, maar ik kom als massa 0.0645 kg uit.

dat betekent dus iets meer dan 2 m touw. Kan een lucky strike zijn, of een klein interpretatiefoutje hier of daar? Ik ben benieuwd hoe ja een die 64,5 g kwam.

Probeer anders eens niet de kortste weg (een korte formule) maar een stap voor stap redenering?

againstthecity

Ok, ik heb nu geprobeerd: (0.0255 kg + massa (touw)) * g = (1.29-0.18) * g * 0.005 m^3

Maar dat kom ik uit dat de massa 20 gram is, en dat klopt ook niet. Ik heb dit stuk leerstof nooit gehad op school, dus ik vrees dat ik hier onvoldoende van ken op het vraagstuk correct op te lossen.

Jan van de Velde

50 dm³ is niet 0,005 m³

als je het met die 0,005 m³ berekent kom je op - 19,95 g

Als dat de 20 g zijn die je vond keek je over dat minteken op je rekenmachine heen.

Ik heb dit stuk leerstof nooit gehad op school, dus ik vrees dat ik hier onvoldoende van ken op het vraagstuk correct op te lossen.

Je vergelijking is anders correct, al ben ik er vooral in het geval van eigen twijfel aan je begrip van de stof geen voorstander van om dit soort vergelijkingen in een stap neer te zetten. Redeneer liever. En werk daarbij met begrijpelijke getallen, 50 dm³ van 1,29 g/dm³ en zo. Je verdwaalt zo gauw in nulletjes achter de komma.

againstthecity

Ok, nu is het wel gelukt. Ik wist niet dat je die massa's moest optellen en dat je het verschil in dichtheid moest nemen. Waarom moet je dat tweede eigenlijk doen?

Jan van de Velde

kun je uitleggen waarom een blok hout drijft in water?

againstthecity

Ja, ik denk het wel, dat ik toch omdat de archimedeskracht en de zwaartekracht daar gelijk zijn aan elkaar? Maar met die oefening moest ik enkel rekening houden met de dichtheid van water. Ik dacht: nu wordt alleen de lucht verplaatst, dus ik moet alleen rekening houden met die dichtheid. Maar waarom dan ook met die van helium?

Jan van de Velde

Maar waarom dan ook met die van helium?

In dat watergeval verreken je toch ook de dichtheid van hout?

aadkr

Bereken eerst de opwaardsekracht van de verplaatste lucht

\(0,05 m^3 . 1,29 \frac{kg}{m^3} = 0,0645 kg \)

lucht verplaatst.

Opwaardsekracht van de lucht is dan: F(opw)=0,0645 .9,8 =0,6321 N

Zwaartekracht op het helium is 0,05 . 0,18 =0,009 kg . 9,8 =0,0882 N

Zwaartekracht opde ballon zelf is: 0,0255 . 9,8=0,2499 N

Totale zwaartekracht van ballon +helium=0,3381 N

Jan van de Velde

@Aadkr:

De rekenopgaven in deze toelatingsexamens draaien op inzicht. Getallen achter de komma komen nauwelijks voor, rekenwerk moet met de hand te doen zijn. Het inzicht moet hier zijn dat je probleemloos met massa's kunt rekenen omdat de factor g uit alle vergelijkingen wegvalt. Er wordt x g lucht verplaatst zodat y g aan ballon, helium en touw opgetild kunnen worden. Dat worden dan allemaal redelijk ronde getalletjes.

aadkr

Jan, je hebt gelijk. Jouw benadering is handiger .( die g valt er inderdaad uit).

Met vr. groet Aad

againstthecity

Ja, ik denk het wel, dat ik toch omdat de archimedeskracht en de zwaartekracht daar gelijk zijn aan elkaar? Maar met die oefening moest ik enkel rekening houden met de dichtheid van water. Ik dacht: nu wordt alleen de lucht verplaatst, dus ik moet alleen rekening houden met die dichtheid. Maar waarom dan ook met die van helium?

Nee, ik was op een coachingsdag geweest voor het ingangsexamen van geneeskunde, en daar rekenden ze voor de archimdeskracht enkel met de dichtheid van het water, en niet met die van het hout.

aadkr

De opwaardsekracht, die op de ballon werkt, is gelijk aan het gewicht van de verplaatste lucht.

De opwaardsekracht werkt op de ballon, en wijst omhoog.

Nu werken er 3 zwaartekrachten op de ballon, en deze 3 zwaartekrachten wijzen naar beneden.

De ballon is in evenwicht. De resulterende kracht op de ballon moet nul zijn.

Dus Opwaardse kracht = som van de 3 zwaartekrachten.

Wetenschapsforum

Laatste berichten

Nieuwsberichten

[fysica] heliumballon

[fysica] heliumballon

Re: [fysica] heliumballon

Re: [fysica] heliumballon

Re: [fysica] heliumballon

Re: [fysica] heliumballon

Re: [fysica] heliumballon

Re: [fysica] heliumballon

Re: [fysica] heliumballon

Re: [fysica] heliumballon

Re: [fysica] heliumballon

Re: [fysica] heliumballon

Re: [fysica] heliumballon

Re: [fysica] heliumballon