Natuurkunde basisschool en onderbouw · Grades 1–9
36Luchtdruk en weer
Je woont op de bodem van een oceaan — een oceaan van lucht, honderden kilometers diep, met het hele gewicht ervan op je schouders. Waarom verplettert die je niet? Waarom voel je hem niet eens? En wat heeft dit allemaal met het weer van morgen te maken? Lucht, onze oude onzichtbare vriendin, heeft nog één groot geheim prijs te geven.
36.1 Lucht heeft gewicht
Voorbeeld 36.1 (Het onzichtbare wegen)
Een stevige voetbal wordt op een fijne balansweegschaal gelegd en precies in evenwicht gebracht. Dan gaat het ventiel open en sist de extra lucht eruit — dezelfde bal, hetzelfde ventiel, alles hetzelfde, op wat lucht na. Terug op de weegschaal: de leeggelopen bal is lichter. Het verschil is het gewicht van de ontsnapte lucht. Lucht is stof, stof heeft massa, en massa wordt door de Aarde omlaag getrokken: de oceaan boven ons is zwaar.
Definitie 36.2 (De dampkring en zijn druk)
De dampkring is de diepe laag lucht die om de hele Aarde gewikkeld zit. Zijn gewicht perst de lucht onderin samen — daar waar wij wonen — en samengeperste lucht duwt hard tegen elk oppervlak dat ze raakt. Die duw heet luchtdruk.
Propositie 36.3 (De duw van alle kanten)
Luchtdruk duwt op elk oppervlak vanuit elke richting — omlaag op tafels, zijwaarts op muren, en zelfs omhoog op plafonds en handpalmen. En ze is machtig: op een oppervlak zo groot als je handpalm duwt de lucht ongeveer zo hard als het gewicht van een grote, volle koffer. We merken het nooit, doordat de duwen in evenwicht komen: de lucht in ons en achter elk oppervlak duwt precies zo hard terug.
Methode 36.4 (Het kaartje dat water tegenhoudt)
De duw van de lucht omhoog, op heterdaad betrapt (doe het boven de gootsteen):
- vul een glas tot aan de rand met water;
- leg er een stevig, glad kaartje plat bovenop, dat het water rondom raakt;
- houd het kaartje op zijn plaats, keer het glas precies ondersteboven en laat het kaartje voorzichtig los.
Het kaartje blijft zitten — en houdt het hele glas vol tegen. Het gewicht van het water drukt op het kaartje omlaag, maar de dampkring drukt er nog harder omhoog tegen. Je hebt zojuist de koffer-duw van onderaf gezien.
36.2 Machines die op de dampkring draaien
Voorbeeld 36.5 (Het rietje)
Je denkt dat je sap door een rietje omhoog trekt. In werkelijkheid kun je een vloeistof helemaal niet trekken — probeer maar eens water met je vingers te trekken! Wat je werkelijk doet, is de lucht uit het rietje zuigen. Met de lucht weg van binnen duwt de dampkring, die op het sap in het glas drukt, het sap door het lege rietje omhoog je mond in. Elke slok is de dampkring die het tilwerk doet; jij maakt alleen de weg vrij.
Voorbeeld 36.6 (Zuignappen en ingedeukte flessen)
De rubberen nap van het badkamerhaakje wordt plat tegen de tegels gedrukt, waarbij de lucht eronder vandaan wordt geperst: nu duwt de dampkring de nap tegen de muur zonder dat er iets achter zit dat terugduwt — vastgepind door de hemel zelf. En draai de dop op een lege plastic fles hoog in de bergen, en rijd dan het dal in: de fles kreukelt alsof een spookhand hem samenknijpt. Buiten drukt meer lucht dan de ijle bergluchtlucht die binnenin is opgesloten — de dampkring wint, en de fles vouwt in.
Voorbeeld 36.7 (IJler met de hoogte)
Klim, en je laat een deel van de oceaan onder je: minder lucht erboven betekent een zwakkere duw. Je oren klappen in een snelle kabelbaan terwijl de druk buiten verandert; bergbeklimmers happen naar ijl geworden lucht. En hier geeft het bergtheeraadsel van vorig jaar zich over: doordat de dampkring minder op het water drukt, komt het koken makkelijker — water kookt op grote toppen ruim onder , te koel om goed te laten trekken.
36.3 De barometer en het weer
Definitie 36.8 (Barometer)
Een barometer is het instrument dat luchtdruk meet — alweer een lid van onze familie eerlijke rechters, naast de thermometer en de weegschaal. Zijn naald stijgt wanneer de dampkring erboven harder drukt, en daalt wanneer de druk lichter wordt.
Propositie 36.9 (De druk praat over morgen)
De druk van de dampkring is rusteloos: zware, dalende lucht brengt rustige, heldere hemels; lichte, stijgende lucht nodigt wolken en regen uit. De barometer is dus een waarzegger van bescheiden, eerlijke soort: gelijkblijvende of stijgende druk belooft mooi weer; dalende druk waarschuwt voor wolken op komst; een snelle daling betekent dat er een storm op weg kan zijn.
Opmerking 36.10 (De H en de L op de weerkaart)
Het weerbericht van vanavond laat grote wervels zien met H en L erbij: gebieden van hoge en lage druk die als trage walvissen over de kaart drijven. Lucht stroomt onophoudelijk van de zware H-gebieden naar de lichte L-gebieden — en dat stromen is de wind. Eén hoofdstuk, drie oude bekenden verklaard: de voorspelling van de barometer, de oorsprong van de wind, en de reden waarom je oren weten wanneer het weer gaat omslaan.
36.4 Oefeningen
Oefening 36.1 ★
Hoe laat de voetbalproef zien dat lucht gewicht heeft? Wat wordt er precies vergeleken?
Oefening 36.2 ★
Wat is luchtdruk, en waar komt ze vandaan? In welke richtingen duwt ze?
Oefening 36.3 ★
De dampkring drukt op je handpalm ongeveer zo hard als een volle koffer weegt — en toch voel je niets. Waarom niet?
Oefening 36.4 ★
Bij de kaartjestruc strijden twee duwen om het kaartje. Noem ze, en zeg welke wint.
Oefening 36.5 ★
“Ik trek het sap door het rietje omhoog.” Verbeter deze zin: wat haal je werkelijk weg, en wie doet het tilwerk?
Oefening 36.6 ★
Waarom klemt een zuignap zich aan de tegels vast? Wat is er weggeperst, en wat houdt de nap vast?
Oefening 36.7 ★
Wat gebeurt er met de luchtdruk als je een berg beklimt, en waarom? Geef twee tekenen ervan die een reiziger kan opmerken.
Oefening 36.8 ★
Wat meet een barometer? Jouw barometer daalt sinds het ontbijt snel — waar moeten de picknickplannen rekening mee houden?
Oefening 36.9 ★★
De dichtgedraaide fles kreukelde in tijdens de afdaling van de berg. Verklaar het inkreukelen met de duwen binnen en buiten — en voorspel: wat zou er in plaats daarvan gebeuren met een fles die in het dal wordt dichtgedraaid en omhoog wordt meegenomen?
Oplossing
Oplossing van Oefening 36.9.
Op de top dichtgedraaid hield de fles ijle berglucht binnen; in het dal werd de duw van buiten sterker dan de opgesloten duw van binnen, en vouwde de fles in. De andere kant op meegenomen houdt een in het dal dichtgedraaide fles sterke lucht binnen terwijl de duw buiten met de hoogte afneemt: de fles zwelt strak op — en een dichtgesealde zak chips doet hetzelfde bij elke bergrit.
Oefening 36.10 ★★
Waar komt wind vandaan, volgens de H- en L-wervels op de weerkaart? Verbind het met de oudste definitie in dit boek: wind is lucht die beweegt — bewogen waardoor?
Oefening 36.11 ★★
Bergbeklimmers klagen dat thee op grote toppen nooit sterk trekt en dat pasta hard blijft, hoe lang ze ook kookt. Verzamel de hele uitleg over twee jaargangen heen: wat doet de ijle dampkring met het kookpunt, en waarom helpt langer koken niet? (Twee proposities, één van vorig jaar, sluiten deze zaak.)
Oplossing
Oplossing van Oefening 36.11.
Met de hoogte verzwakt de duw van de dampkring op het water, dus komt het koken makkelijker: het kookpunt glijdt ruim onder . En volgens de plateauwet kan kokend water nooit boven zijn kookpunt uit klimmen — extra vlam maakt alleen damp. Water op de top kookt dus koel en blijft daar hangen: slappe thee, harde pasta, tevreden natuurkunde.