Door in de fles te knijpen, verhoog je de druk in de fles. De gasbel wordt kleiner, het drijfvermogen neemt af en de duiker "duikt". Bekijk de zelfbouw-duikers!
|
Niveau |
: |
Mavo 2/3/4, Havo 2/3, VWO 2/3 |
|
Doel |
: |
|
|
Nodig |
: |
|
Werking:
De Cartesiaanse duiker (ook wel genoemd: duikertje van Descartes) is een poppetje, deels gevuld met vloeistof (water) en deels met gas (lucht). Door het gas heeft het poppetje drijfvermogen.
De werking van een Cartesiaanse duiker demonstreer je in een geheel met water gevulde PET-fles.
Door in de fles te knijpen, zet je fles, water en duiker onder druk. De gasbel in de duiker wordt hierdoor zichtbaar samengedrukt. Hierdoor neemt het drijfvermogen snel af. Door hard genoeg te knijpen, zinkt de duiker.
Als je dit experiment van heel dichtbij bekijkt, kun je met het oog makkelijk waarnemen dat het gasbelletje in de duiker kleiner wordt als je in de fles knijpt.
De duiker is vernoemd naar René Descartes en demonstreert de wet van Archimedes en de ideale gaswet.
Onze fles is voorzien van een slangklem waarmee de druk in de fles nauwkeurig instelbaar is.
Het blauwe duikertje is verzwaard met staaldraad en is zo gevoelig gemaakt voor magnetisme.
Stel de druk in de fles zo in, dat het blauwe duikertje in het midden blijft zweven. Breng het duikertje nu met behulp van een magneet omhoog en laat hem los. Wat gebeurt er: het duikertje stijgt.
Breng het duikertje nu met behulp van een magneet omlaag en laat hem los. Wat gebeurt er: het duikertje zakt.
Cartesiaanse duiker GROOT
|
Nodig |
: |
|
|
Werking:
Kijk wat de duiker doet: - Opstijgen - Zweven - Zakken Breng de duiker nu wat dieper onder water en laat weer los. Op een bepaalde diepte zal de duiker even blijven zweven om vervolgens alsnog op te stijgen of te zakken. Laat je de duiker boven dat punt los, zal hij altijd opstijgen. Beneden dat punt zal hij altijd zakken. - Hoe dieper de ballon onder water wordt gebracht, - hoe hoger de omringende druk, - hoe meer de lucht in de ballon wordt samengedrukt, - hoe kleiner het drijfvermogen wordt Nadeel: de ronde pijp geeft een dusdanig visuele vervorming dat absoluut niet meer is waar te nemen dat de ballon van grootte veranderd. |
|
Deze Cartesiaanse duiker bestaat uit een ballon, zo verzwaard met gewichten, dat hij net blijft drijven.
Met behulp de magneet kun je van buitenaf grip krijgen op de stalen gewichten. Breng m.b.v. de magneet de ballon een stukje onder water en laat hem los.
Nog een zelfbouw Cartesiaanse duiker
Benodigdheden:
Nog enkele zelfbouwopties van Steve Spangler
Met een rietje en twee punaises
De makkelijkste zelfbouw/carthesiaanse duiker voor natuurkunde-TOA´s en docenten
Waarom is deze optie voor ons het makkelijkst? Omdat we zo'n pipet kunnen jatten bij bio of scheikunde en omdat het maken simpel is.
Benodigdheden:
- pipet
- koperdraad (± 1 meter), het betreft zogenaamde installatiedraad met een diameter van 1,5mm
- boor 7,5mm (of een andere buis of stang met een diameter die overeen komt met de buitendiameter van je pipet)
- koper-kniptang
Werkwijze:
- Wikkel de draad strak om de schacht van de boor (dus niet om de boorpunt, maar om het uiteinde dat normaal gesproken in je boorkop gaat). Haal de draad weer van de boor af. nu heb je een mooie spiraal.
- Schuif deze spiraal over je pipet. Dat schuift niet makkelijk, want dat is net te strak, wat ook de bedoeling is. Door de spiraal tijdens het schuiven in de juiste richting te draaien, ontspant de draad een beetje waardoor hij net kan schuiven. Ook helpt het als je de spiraal in kleinere stukken knipt en deze afzonderlijk aanbrengt.
- Knijp de pipet leeg. Als het goed is, heb je nu zoveel koper aangebracht, dat de pipet als een baksteen naar de bodem zakt.
- Knip nu één wikkeling van de spiraal af en probeer opnieuw of de pipet wil blijven drijven en ga zo door totdat de pipet drijft.
- Doe de pipet in een volle fles met water. Dop er op en knijp heel hard in de fles. De duiker gaat naar de bodem. Maar de vraag is: komt de duiker weer omhoog als je stopt met knijpen. Zo ja, dan ben je klaar. Zo nee, knip dan nog een wikkeling van de spiraal af.
Het voordeel van deze duiker is:
- Ook al houden de leerlingen de fles op zijn kop, deze duiker wordt niet makkelijk ontregelt. Dat in tegenstelling tot de duiker in de "knijp mij" fles op deze pagina, die dan van onderen vol loopt en niet meer zal drijven waardoor je de fles moet openen om de boel te repareren.
- De lange "staart" van het pipet maakt dat leerlingen het kleiner worden van de luchtbel goed kunnen waarnemen. Daarom heb ik mijn spiraal in 2 delen geknipt zodat de staart grotendeels vrij blijft.
 |
 |
|
|
lege tennisballen-koker |
Toepassing
Met een Cartesische duiker is de druk in een vloeistof te meten.
Externe links
- (en)Java applet toont de werking van een Cartesische duiker
- (en)Video met aanwijzingen (zelf maken)
Bron: http://nl.wikipedia.org/wiki/Cartesische_duiker
Algemene gaswet
De algemene gaswet, ook wel ideale gaswet of Wet van Boyle en Gay-Lussac genoemd, beschrijft het gedrag van ideale gassen onder invloed van druk, volume, temperatuur en aantal deeltjes. De wet luidt:
Daarin is:
- p de druk in Pa (N/ m2)
- V het volume in m3
- n de hoeveelheid gas in mol (= aantal moleculen gedeeld door de constante van Avogadro)
- R de gasconstante (8,314472J· K−1mol−1)
- T de absolute temperatuur in K
Bij de Cartesiaanse duiker mag je aannemen dat n, R en T constanten zijn. nRT is dus constant. Bij de Cartesiaanse duiker geldt daarom: pV = Constante.
Als p toeneemt, moet V afnemen en omgekeerd.
