[natuurkunde] Hoogte ballon berekenen

Lien Verbeke

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:

<ul class="bbcol">[*]2,5 m
[*]2,0 m
[*]1,5 m
[*]1,0 m
[/list]

Verborgen inhoud
Antwoord B.

Stel een vraag over deze oefening.

(Herkomst: simulatie-examen EMSA 2009)

Ik weet niet goed hoe aan deze oefening te beginnen. Ik zou denken dat op het moment dat de ballon niet meer stijgt, de opwaartse kracht (helium) en de neerwaartse kracht (zwaartekracht) gelijk is, maar ik weet niet hoe ik de opwaartse kracht moet berekenen en hoe ik de hoogte hierin krijg.

mathfreak

Begin eens met de massa van het helium te berekenen. Je weet de dichtheid van helium en je weet dat zich 50 liter helium in de ballon bevindt

Lien Verbeke

massa = dichtheid.volume= 0,18 kg/m³ . 0,05 m³ = 0,009 kg =9 g

mathfreak

Oké, nu de volgende stap. Als we h meter touw hebben is de massa daarvan 15∙h gram. De massa van de ballon, inclusief de massa van het helium in de ballon, is bekend, dus daarmee kun je de opwaartse kracht van de ballon berekenen. Stel dit vervolgens gelijk aan het gewicht van het touw, uitgedrukt in h.

Lien Verbeke

hoe kan ik met alleen het gewicht de opwaartse kracht berekenen? Hiervoor heb je toch nog een versnelling nodig? F=m.a
Waarom is de opwaartse kracht gelijk aan het gewicht van het touw?

aadkr

in feite werken er 4 vertikale krachten op de ballon in de in vertikale richting een resulterende kracht van 0 Newton op moeten leveren.de ballon verkeert immers in evenwicht.
welke 4 krachten zijn dat ?
ben de bekend met de wet van archimedes?
met deze wet kun je de opwaardse kracht berekenen die op de ballon inwerkt.

Lien Verbeke

ja, die ken ik! maar ik dacht altijd dat die enkel in vloeistoffen geldig was.. ok, dan is de opwaartse kracht = 0,18 . 9,81 . 50= 88,29?
Ik zou denken dat de krachten zijn: de zwaartekracht, de archimedeskracht, trekkracht van het touw en de laatste weet ik niet.

Jan van de Velde

Lien Verbeke schreef: ok, dan is de opwaartse kracht = 0,18 . 9,81 . 50= 88,29?

nee.

Als je archimedes kent voor vloeistoffen:
Een boot verplaatst een zekere hoeveelheid water. Opwaartse kracht is is dan gelijk aan het gewicht van het verplaatste water. In eht geval van deze ballon dus gelijk aan het gewicht van de verplaatste lucht.

Trek daar het gewicht van de ballon en helium af, en je weet welk gewicht touw je nog kunt optillen.

Lien Verbeke schreef: Ik zou denken dat de krachten zijn: de zwaartekracht, de archimedeskracht, trekkracht van het touw en de laatste weet ik niet.

er is geen "trekkracht" van dat touw, dat touw hangt los . Maar dat touw heeft wel een massa per meter.
Hoeveel gram touw kun je nog optillen m het verschil in zwaartekracht en opwaartse kracht op de ballon?

aadkr

neem voor deze opgave: g=9,8
als je g=10 neemt, kom je niet op het juiste antwoord uit.
ik zal 2 krachten voorrekenen , dan moet jij de grootte van die andere twee krachten berekenen.

\(F_{Z,ballon}=0,0255 \cdot 9,8=0,2499N\)

\(F_{Z, helium}=0,05 \cdot 0,18 \cdot 9,8=0,0882N \)

bereken nu zelf de grootte van de opwaardse kracht
gebruik de wet van archimedes.

aadkr

Lien , je maakt in bericht nummer:7 3 fouten.
wet van archimedes:
de opwaardse kracht is gelijk aan het gewicht van het volume van de verplaatste lucht.
jij stelt dat
F(opwaards}=50 . 0,18 . 9,81
alle 3 die getallen zijn fout
het volume van de verplaatste lucht moet je in cubieke meters invullen.
dus vervang 50 door 0,05
dan vul je de dichtheid van helium in.
dit is ook fout, want je moet de dichtheid van lucht invullen.
vervang daarom het getal 0,18 door 1,29
dan vul je voor g in 9,81
dat is ook fout ,want je moet voor de waarde van g 9,8 invullen.
wat is nu de opwaardsekracht ?

Lien Verbeke

De opwaartse kracht is dan 0,05.1,29.9,8 = 0,6321 N.
Maar ik snap nog steeds niet hoe ik hiermee dan verder moet.

Jan van de Velde

Lien Verbeke schreef: Maar ik snap nog steeds niet hoe ik hiermee dan verder moet.

Jan van de Velde schreef:
Trek daar het gewicht van de ballon en helium af, en je weet welk gewicht touw je nog kunt optillen.

aadkr

dat antwoord is uitstekend.
nu dat touw nog
de massa van 1 meter touw bedraagt 0,015 kg
de zwaartekracht die op h meter touw inwerkt is dan :

\(F_{Z,touw}=h \cdot 0,015 \cdot 9,8=0,147 \cdot h \ Newton\)

snap je dat ?
bedenk dat dat touw in vertikale richting in krachtenevenwicht verkeert.
dat betekend dat als er op die h meter touw een zwaartekracht inwerkt van 0,147.h die vertikaal naar beneden wijst, dat er op dat touw nog een andere vertikale kracht moet werken die vertikaal omhoog wijst ,en ook een grootte moet hebben van 0,147.h Newton
begrijp je dat?

Lien Verbeke

@Jan van de Velde: van een kracht een gewicht aftrekken? Dan kom ik toch een negatief getal uit? Ik snap het niet.
@aadkr: ja, dat snap ik.

aadkr

kortom, de onderkant van de ballon oefent op het bovenste puntje van dat vertikale touw een trekkracht uit die vertikaal omhoog wijst , en een grootte heeft van 0,147.h N.
maar volgens de derde wet van Newton zal dan het bovenste puntje van dat touw een vertikale kracht op de onderkant van de ballon uitoefenen , die vertikaal naar beneden wijst en ook een grootte heeft van 0,147 .h Newton
begrijp je dat?

Wetenschapsforum

Laatste berichten

Nieuwsberichten

[natuurkunde] Hoogte ballon berekenen

Hoogte ballon berekenen

Re: Hoogte ballon berekenen

Re: Hoogte ballon berekenen

Re: Hoogte ballon berekenen

Re: Hoogte ballon berekenen

Re: Hoogte ballon berekenen

Re: Hoogte ballon berekenen

Re: Hoogte ballon berekenen

Re: Hoogte ballon berekenen

Re: Hoogte ballon berekenen

Re: Hoogte ballon berekenen

Re: Hoogte ballon berekenen

Re: Hoogte ballon berekenen

Re: Hoogte ballon berekenen

Re: Hoogte ballon berekenen