Natuurkunde basisschool en onderbouw · Grades 1–9
14Vaste stoffen, vloeistoffen, gassen
Een steen, een glas melk, de lucht in een ballon: drie soorten stof die zich op drie volkomen verschillende manieren gedragen. Vorig jaar liet water ons zijn drie toestanden zien; dit jaar ontdekken we dat alles zich in een van deze drie toestanden bevindt — en dat elke toestand strenge regels heeft.
14.1 Drie families van stof
Alle stof in de wereld valt in drie families te sorteren, die de drie toestanden heten: vast zoals de steen, vloeibaar zoals de melk, gasvormig zoals de lucht. IJs, water en damp waren ons eerste voorbeeld: één stof op bezoek bij alle drie de families. Laten we nu de regels van elke familie leren.
14.2 Vaste stoffen houden hun vorm
Definitie 14.1 (Vaste stof)
Een vaste stof is stof die haar eigen vorm houdt. Een sleutel houdt zijn zigzag in je zak, in een la of onder water. Je kunt een vaste stof tussen twee vingers vasthouden, en door haar te verplaatsen verandert er niets aan hoe ze eruitziet. Sommige vaste stoffen zijn hard (steen), sommige zacht (brood), sommige buigzaam (een elastiekje) — maar met rust gelaten houdt elk zijn vorm.
Voorbeeld 14.2 (Een vaste stof van korrels)
Zand lijkt de regel te breken: uit een emmer gegoten neemt het de vorm van zijn hoopje aan, bijna als een vloeistof. Maar kijk goed: zand is een menigte piepkleine vaste korrels, en elke korrel houdt zijn vorm volmaakt. Bloem, suiker en rijst halen dezelfde truc uit — menigtes kleine vaste stoffen die samen stromen terwijl elk lid vast blijft.
14.3 Vloeistoffen stromen — maar houden hun hoeveelheid
Definitie 14.3 (Vloeistof)
Een vloeistof is stof die stroomt: ze heeft geen eigen vorm en neemt de vorm aan van de houder waarin ze zit. Maar een vloeistof houdt haar hoeveelheid: giet een vol glas melk in een kom en het is nog steeds dezelfde hoeveelheid melk — geen druppel meer of minder, alleen een nieuwe vorm.
Propositie 14.4 (Een rustende vloeistof ligt waterpas)
Het oppervlak van een vloeistof in rust is altijd vlak en waterpas — evenwijdig aan de vloer. Kantel de fles: het water erin kantelt niet mee; het oppervlak blijft waterpas terwijl de fles overhelt.
Voorbeeld 14.5 (Het waterpas aan het werk)
Bouwvakkers gebruiken deze wet elke dag: hun waterpas is een klein venstertje vloeistof met één luchtbel; zit de bel tussen haar streepjes, dan ligt de plank net zo waterpas als de vloeistof erin. En kijk bij het ontbijt naar het sap in een gekantelde pak: hoe je het ook kantelt, het oppervlak binnenin blijft vlak en waterpas — tot het de schenktuit vindt.
14.4 Gassen vullen alles
Definitie 14.6 (Gas)
Een gas is stof die zich uitspreidt tot ze alle ruimte vult die ze krijgt. Lucht is een gas: stop het in een fles en het vult de fles tot in elke hoek; open de fles in een grotere kamer, en het verspreidt zich ook daardoorheen. Een gas heeft geen eigen vorm en geen eigen rustplaats — bied het meer ruimte, en het neemt alles.
Voorbeeld 14.7 (De reizende parfum)
Iemand opent een flesje parfum aan de ene kant van de kamer. Even later merken neuzen aan de andere kant het op. Het parfumgas bleef niet beleefd bij zijn flesje: eenmaal vrijgelaten verspreidde het zich door alle lucht in de kamer, van hoek tot hoek — precies wat de familie van de gassen altijd doet.
Opmerking 14.8 (De lastige gevallen sorteren)
Sommige stof vraagt om een zorgvuldig oog. Honing stroomt — langzaam, maar ze stroomt, neemt de vorm van haar houder aan en houdt haar hoeveelheid: een vloeistof, alleen een luie. Tandpasta en ketchup stromen als je knijpt: dikke vloeistoffen. Een spons is een vaste stof vol met lucht gevulde gaatjes. En rook? Piepkleine vaste deeltjes die meeliften op heet gas. Twijfel je, stel dan de familievragen: houdt het zijn vorm? stroomt het? vult het alle ruimte die het krijgt?
14.5 Oefeningen
Oefening 14.1 ★
Sorteer in de drie families: een muntje; sinaasappelsap; de lucht in een band; een houten kraal; olie; het gas boven het heldere stukje van een kokende pan.
Oplossing
Oplossing van Oefening 14.1.
Vaste stoffen: het muntje, de houten kraal. Vloeistoffen: sinaasappelsap, olie. Gassen: de lucht in de band, de onzichtbare damp in het heldere stukje.
Oefening 14.2 ★
Wat houdt een vaste stof vast wat een vloeistof niet vasthoudt? Wat houdt een vloeistof vast als ze van glas in kom wordt gegoten?
Oplossing
Oplossing van Oefening 14.2.
Een vaste stof houdt haar eigen vorm; een vloeistof niet. Van glas in kom gegoten houdt een vloeistof haar hoeveelheid.
Oefening 14.3 ★
Een volle fles limonade wordt in een brede slakom gegoten. Is er nu meer limonade, minder, of evenveel? Wat is er veranderd?
Oplossing
Oplossing van Oefening 14.3.
Evenveel — alleen de vorm is veranderd, van flesvorm naar brede komvorm.
Oefening 14.4 ★
Teken een aquarium dat half vol water zit: eerst plat op de grond, en daarna gekanteld op één rand. Teken in allebei het wateroppervlak — welke kant ligt het op?
Oplossing
Oplossing van Oefening 14.4.
Op beide tekeningen ligt het wateroppervlak vlak en waterpas, evenwijdig aan de vloer — in het gekantelde aquarium kantelt het oppervlak niet mee met het glas; het water verzamelt zich aan de lage kant.
Oefening 14.5 ★
Hoe laat het waterpas van een bouwvakker zien dat een plank waterpas ligt? Welke wet uit dit hoofdstuk gebruikt hij daarbij?
Oefening 14.6 ★
Waarom bereikt de geur van pannenkoeken je slaapkamer boven? Welke familie is aan het werk, en wat is haar regel?
Oefening 14.7 ★
Zand stroomt als een vloeistof, en toch noemen we het vast. Leg dat uit met Voorbeeld 14.2.
Oplossing
Oplossing van Oefening 14.7.
Zand is een menigte piepkleine vaste korrels. De menigte stroomt en neemt de vorm van haar hoopje aan, maar elke korrel houdt zijn eigen vorm volmaakt — dus elke korrel is een echte vaste stof.
Oefening 14.8 ★
Honing doet er een hele minuut over om van de lepel te lopen. Vast of vloeibaar? Stel de familievragen van Opmerking 14.8 en geef antwoord.
Oplossing
Oplossing van Oefening 14.8.
Ze stroomt (langzaam), neemt de vorm van haar houder aan en houdt haar hoeveelheid: honing beantwoordt de vragen als een vloeistof — een luie.
Oefening 14.9 ★
Welke familie: houdt haar eigen vorm? neemt de vorm van haar houder aan maar houdt haar hoeveelheid? neemt alle ruimte die ze krijgen kan? Noem van elke familie één lid uit jouw keuken.
Oplossing
Oplossing van Oefening 14.9.
Houdt haar vorm: vaste stof (een lepel). Neemt de vorm van de houder aan maar houdt haar hoeveelheid: vloeistof (melk). Neemt alle ruimte: gas (de lucht in de keuken).
Oefening 14.10 ★★
Een ijsblokje (vast) smelt tot water (vloeibaar), dat de zomerzon opdroogt tot onzichtbaar vliegend water (gas). Welke familieregel sneuvelt bij elke stap: wat houdt de stof niet langer vast als ijs smelt? en als water verdampt?
Oefening 14.11 ★★
Een ballon wordt opgeblazen en dichtgeknoopt. Mira zegt dat de lucht erin “ballonvormig is, dus een gas heeft wel degelijk een vorm”. Leg uit wat de vorm werkelijk geeft, en wat de lucht zou doen op het moment dat de ballon knapt.
Oplossing
Oplossing van Oefening 14.11.
Het rubbervel geeft de vorm: het is een uitgerekte vaste kooi, en de samengeperste lucht vult elke hoek van de vorm die die kooi aanneemt. Laat de ballon knappen, en de lucht verspreidt zich onmiddellijk door de hele kamer — wat laat zien dat ze nooit een eigen vorm heeft gehad.