Hoe we er ook zelden bij stilstaan, lucht omringt ons altijd en oefent een kracht uit op elke centimeter van ons lichaam. Deze kracht, bekend als luchtdruk, is een van de belangrijkste onderwerpen in de wetenschap, omdat het weerpatronen verklaart, hoe vliegtuigen vliegen en een verscheidenheid aan andere wonderen. Voor het geval je kinderen over luchtdruk wilt leren, hebben we een basisuitleg voor je en een aantal eenvoudige, leuke en boeiende experimenten om de kracht van dit natuurverschijnsel te demonstreren.

Wat is luchtdruk?

De term “luchtdruk” wordt gebruikt in verband met het gewicht van luchtmoleculen die op de aarde drukken. Op zeeniveau is de luchtdruk over het algemeen 14,7 psi (pond per vierkante inch), wat betekent dat er 14,7 pond op elke vierkante inch van ons lichaam drukt. De reden waarom we ons lichaam nog steeds vrij kunnen bewegen is omdat de lucht in alle richtingen druk op ons uitoefent, en de reden waarom we niet verpletterd worden is omdat de luchtdruk in ons lichaam hetzelfde is.Luchtdruk wordt bepaald door de volgende drie factoren:

• Temperatuur: Als lucht warmer wordt, zet het uit. Door deze uitzetting neemt de dichtheid van de lucht af, wat resulteert in een lagere druk. Als lucht kouder wordt, krimpt hij. Dit krimpen zorgt ervoor dat de lucht dichter wordt, wat leidt tot een hogere druk. Dit verschijnsel is de reden waarom gebieden bij de evenaar, die warm zijn, over het algemeen een lage luchtdruk hebben, en gebieden bij de Noord- en Zuidpool, die koud zijn, een hoge luchtdruk hebben.
• Hoogte: Hoe hoger je boven de zeespiegel bent, hoe minder dicht de lucht is. Omdat minder dichte lucht minder weegt, produceert het een lagere luchtdruk, dat is waarom het moeilijk kan zijn om te ademen op de top van een hoge berg. Het verklaart ook waarom je oren gaan piepen als je in een auto een berg op- of afrijdt – in je binnenoor zit lucht gevangen, en als de luchtdruk buiten afneemt, zal de lucht die in je oor zit opgesloten ervoor zorgen dat het trommelvlies naar buiten wordt geduwd. Dit uitzetten veroorzaakt de “pop.”
• Vochtigheid: De hoeveelheid vocht in de lucht beïnvloedt ook de dichtheid van de lucht en daarmee de luchtdruk. Waterdamp is een licht gas in vergelijking met de gassen waaruit de atmosfeer is opgebouwd, die voornamelijk uit zuurstof en stikstof bestaat. Dus wanneer het vochtgehalte in de atmosfeer toeneemt, neemt de hoeveelheid stikstof en zuurstof per volume-eenheid af, waardoor de dichtheid van de lucht afneemt.

Verschillen in luchtdruk veroorzaken beweging

Een van de interessantste aspecten van luchtdruk is dat wanneer een luchtdrukzak wordt veranderd, dingen beginnen te bewegen. Dit drukverschil dat beweging veroorzaakt, is de oorzaak van wind, tornado’s en vele andere weersverschijnselen.

Wanneer u de beweging van lucht bespreekt, bedenk dan dat wetenschappers spreken in termen van de hogere druk die dingen “duwt”, en niet de lagere druk die dingen “trekt”.

Hoe luchtdruk te meten

Luchtdruk wordt gewoonlijk gemeten met behulp van een kwikbarometer. Een kwikbarometer bevat een met kwik gevulde kolom, en hoe hoger de luchtdruk is, hoe hoger de kwikkolom zal zijn. Door de hoogte van de kolom te meten, kan men de luchtdruk bepalen.

Dezer dagen is het gebruikelijker een digitale barometer te gebruiken, die draagbaar en nauwkeuriger is dan het traditionele type. Dit apparaat maakt gebruik van een elektrische condensator om de luchtdruk te meten.

Luchtdruk en weer

Zones met lage luchtdruk worden over het algemeen geassocieerd met slecht weer. Als een gebied een lage luchtdruk heeft, zal lucht uit naburige gebieden, die een hogere luchtdruk hebben, binnenstromen. Deze verandering zorgt er op haar beurt voor dat de lucht naar boven beweegt, omdat ze nergens anders heen kan. Wanneer de lucht omhoog beweegt, zal waterdamp condenseren, wat zal leiden tot de vorming van wolken en regen.

Gebieden met hoge druk, aan de andere kant, worden meestal geassocieerd met goed weer. In hogedrukgebieden verspreidt de lucht op laag niveau zich naar buiten, waardoor de lucht erboven naar beneden kan komen. Deze neerwaartse beweging warmt de lucht op, veroorzaakt verdamping en leidt tot mooi, droog weer.

Luchtdruk en wetenschappelijke experimenten

Hier zijn 10 eenvoudige luchtdrukexperimenten voor kinderen die hen kunnen helpen de effecten beter te begrijpen.

Indoor Tornado Experiment

Met dit experiment kun je een tornado in een fles maken. Je hebt nodig:

• Water
• Een doorzichtig mayonaise potje
• Vloeibare afwasmiddel
• Levensmiddelenkleurstof
• Azijn

Om het experiment uit te voeren, moet je de volgende stappen uitvoeren:

1. Giet water in je potje totdat het ongeveer voor tweederde gevuld is. Voeg dan enkele druppels voedingskleurstof toe aan het water. Elke kleur is goed.
2. Voeg een theelepel vloeibare afwasmiddel en een theelepel azijn toe.
3. Doe het deksel op de pot. Zorg ervoor dat het er zo strak mogelijk op zit om lekken en ernstige knoeien te voorkomen.
4. Schud het potje, geef het dan een draai zodat de vloeistof binnenin begint te draaien.

Wat je zult zien is een kleine draaikolk die lijkt op een tornado.

Onvulbaar Water Experiment

In sommige situaties is luchtdruk sterker dan zwaartekracht. Dit experiment demonstreert de kracht van de luchtdruk, die het water in een glas op zijn plaats houdt – zelfs wanneer het glas ondersteboven wordt gehouden.

Voor dit experiment zijn nodig:

• Een sapglas
• Water
• Een indexkaart (4 x 6 inch)

De stappen zijn als volgt:

1. Vul je glas met water tot aan de bovenkant. Laat het water overlopen, zodat de rand van het glas nat is.
2. Plaats de indexkaart over het volle glas. Gebruik uw hand om de kaart stevig naar beneden te drukken, waardoor een goede afdichting rond de natte lip van het glas ontstaat.
3. Terwijl u boven een gootsteen of bad werkt, houdt u uw kaart op zijn plaats met één hand en draait u het glas om. Laat de kaart dan voorzichtig los. Het kaartje zal niet bewegen, en het water zal in het glas blijven.

Dit experiment toont aan dat de kracht die de luchtdruk uitoefent op het kaartje nog sterker is dan de kracht die de zwaartekracht uitoefent op het water in het glas. De luchtdruk zorgt ervoor dat het kaartje niet beweegt.

Boekblaasexperiment

Het boekblaasexperiment laat zien hoe krachtig samengeperste lucht kan zijn.

Voor dit project hebt u nodig:

• Drie boeken
• Een grote plastic zak die luchtdicht is

Om dit experiment uit te voeren, volgt u deze vier stappen:

1. Stapel drie boeken op elkaar.
2. Vraag de leerling om de boeken te verplaatsen door in hun richting te blazen. Natuurlijk zal dat niet lukken.
3. Plaats de plastic zak op je tafel, en leg dan de drie boeken er bovenop. Het open uiteinde van de zak moet over de rand van de tafel hangen.
4. Laat zien dat als je met genoeg kracht blaast, de boeken van de tafel zullen beginnen te stijgen. Het is de samengeperste lucht in de zak die de beweging veroorzaakt.

Blikjes-experiment

Bij dit experiment wordt de kracht van de luchtdruk gebruikt om een blikje te pletten. Je hebt nodig:

• Water
• Een grote pot
• IJsklontjes
• Een maatbeker
• Een leeg frisdrankblikje
• Een fornuis
• Potlappen of tangen

Als je het materiaal hebt, volg je de stappen hieronder:

1. Vul de container met ijsblokjes en water. Zet dit bakje aan de kant, zodat u het later kunt gebruiken.
2. Giet een 1/2 kopje water in uw lege blikje frisdrank.
3. Zet het blikje op een brander.
4. Als er stoom uit het gaatje bovenin begint te komen, weet je dat het water begint te koken. Zet het fornuis uit en gebruik de pannenlappen of de tang om het blikje van de brander te halen.
5. Doe het blikje snel in de bak met ijswater door het om te draaien en het op de bovenkant te laten rusten.

In dit experiment werd bij het verhitten van het water in het blik stoom geproduceerd, die de lucht uit het blik duwde. Toen het blikje vervolgens in ijswater werd ondergedompeld, daalde de temperatuur van de stoom, waardoor deze weer condenseerde tot water. Deze verandering zorgde ervoor dat de luchtdruk in het blikje veel lager was dan de luchtdruk buiten het blikje, en het gewicht van de lucht buiten het blikje verpletterde.

Magisch Ei-experiment

Bij dit experiment wordt de kracht van de luchtdruk gebruikt om een ei door de hals van een fles te duwen. Verzamel de volgende materialen om dit experiment uit te voeren:

• Een hardgekookt ei
• Een fles met een hals die wijd genoeg is om het hardgekookte ei erdoor te persen
• Een lucifer

Dit experiment bestaat uit de volgende stappen:

1. Haal de schaal van je hardgekookte ei.
2. Licht de lucifer en gooi hem in de fles.
3. Zet het gepelde ei op de mond van de fles, met het kleine uiteinde van het ei naar beneden. Het ei ploft dan in de fles.

Wanneer de lucht in de fles door de vlam van de aangestoken lucifer wordt verbruikt, wordt de luchtdruk in de fles lager dan die buiten de fles. De hogere luchtdruk buiten oefent een kracht uit op het ei, waardoor het in de fles wordt geduwd.

Plunjer-experiment

Voor dit eenvoudige experiment zijn alleen twee schone, ouderwetse rubber-en-hout-stokjes plunjers nodig. Om het experiment uit te voeren:

1. Stok de twee plunjers aan elkaar. Misschien moet je de randen eerst nat maken.
2. Probeer ze uit elkaar te halen.

Het uit elkaar halen is veel moeilijker dan de meeste kinderen denken. Toen je de twee plunjers tegen elkaar ramde, duwde je de lucht uit de holte die de binnenkanten maakten toen ze tegen elkaar werden geduwd. Doordat deze lucht naar buiten werd geperst, werd de luchtdruk binnenin veel lager dan die buitenin. Omdat een hogere luchtdruk altijd duwt, hield deze de twee plunjers bij elkaar.

Ping pong trechter experiment

Bij het ping pong trechter experiment wordt een ping pong bal in de kom van een trechter gelegd en door de trechter geblazen. In plaats van weggeblazen te worden, wordt de bal stevig in de kom gehouden. Om het experiment te voltooien, volgt u twee stappen:

1. Doe de pingpongbal in de trechter en blaas er hard op. Houd uw hoofd achterover, zodat het uiteinde van de bal naar het plafond wijst. Kijk of je hard genoeg kunt blazen zodat, wanneer je de trechter omdraait, de bal niet wegwaait.
2. Kijk of je de bal van de tafel kunt oprapen.

Wanneer je in de trechter blaast, beweegt de lucht waar de bal is sneller en creëert een lagere luchtdruk dan de rest van de lucht die de bal omringt. Het resultaat is dat de luchtdruk onder de bal lager is dan de omringende lucht, die een hogere druk heeft. De hogere luchtdruk duwt de bal terug in de kom van de trechter – ongeacht de richting waarin je de trechter richt.

Fonteinfles-afdichtingsexperiment

Het fonteinfles-afdichtingsexperiment demonstreert het gebruik van luchtdruk om water door een rietje te duwen. Verzamel de volgende materialen:

• Een waterfles (2 liter)
• Een klomp klei
• Een lang rietje
• Water

Volg deze drie eenvoudige stappen:

1. Vul de waterfles tot de helft met water.
2. Sluit de fles af met de klomp klei die om het rietje is gewikkeld, zodat de mond van de fles volledig is afgesloten.
3. Blaas krachtig in het rietje. U zult merken dat er water uit het rietje begint te komen.

Wanneer u in de fles blaast, neemt de luchtdruk in de fles toe, die op zijn beurt een kracht uitoefent op het water, waardoor het door het rietje omhoog wordt geduwd.

Het Miljoen Dollar Wedden Experiment

Voor dit experiment heb je nodig:

• Een water- of frisdrankfles
• Een stuk papier

Om het experiment uit te voeren, volg je de volgende stappen:

1. Leg de fles horizontaal op een tafel neer.
2. Vouw de bal papier op en stop hem in de mond van de fles. De bal moet ongeveer half zo groot zijn als de opening van de fles.
3. Daag de leerling uit om de prop papier in de fles te blazen, met de woorden: “Ik wed om een miljoen dollar dat je het papier niet in de fles kunt blazen!”

Degenen die het experiment proberen zullen het erg moeilijk vinden om het papier in de fles te krijgen, omdat de lucht die er al in zit nergens anders heen kan dan door de mond van de fles naar buiten, in welk geval het papier zou worden meegenomen.

Flying Papers Experiment

Voor het Flying Papers Experiment heb je alleen een gewoon vel papier nodig. Houd het vel tegen je onderlip en blaas dan over het vel. Je zult zien dat het vel omhoog vliegt! Ditzelfde fenomeen verklaart hoe vliegtuigen kunnen vliegen. Door over het vel te blazen, verlaag je de luchtdruk, omdat de lucht sneller beweegt. Omdat de luchtdruk aan de onderkant van het vel nu relatief hoger is, duwt het het vel papier omhoog.

Lees meer over al onze wetenschapsprogramma’s

Als je in Pennsylvania, New Jersey, Maryland of Delaware woont, kijk dan eens naar de naschoolse programma’s en zomerkampprogramma’s van Science Explorers. We zijn ook trots op onze wetenschapsdag excursies, familie wetenschapsavonden en assemblies. Voel je vrij om online contact met ons op te nemen voor meer informatie!