K1 Geofysica
Weer en klimaat | vwo
Uitwerkingen basisboek
K1.1 INTRODUCTIE
1 [W] Voorkennistest
2 Waar of niet waar?
a Waar
b Waar
c Niet waar: Temperatuur is een maat voor de gemiddelde kinetische energie van de moleculen en heeft de
eenheid graden Celsius (°C) of kelvin (K). Warmte is een vorm van energie van een bepaald voorwerp of een
bepaald volume van een gas, en heeft de eenheid joule (J).
d Niet waar: De luchtdruk is evenredig met de dichtheid van het gas als de temperatuur constant is.
3
a De opwaartse kracht is gelijk aan het gewicht van een even groot volume lucht.
4 4 1,5 3
V ballon = ∙ π ∙ r 3= × π ×
3 3 ( )
2
=1,77 m 3
m lucht =ρlucht ∙V ballon=1,3× 1,77=2,30 kg F opw=F z ,lucht =mlucht ∙ g=2,30 ×9,81=22,5=23 N .
b Het verschil tussen de opwaartse kracht en de massa van de met helium gevulde ballon is de omhoog gerichte
trekkracht.
mhelium =ρhelium ∙V ballon =0,18× 1,77=0,319 kg
m ballon met helium =m helium +m ballon =0,319+0,600=0,919 kg
F z , ballonmet helium=mballon met helium ∙ g=0,919× 9,81=9,0 N
F omhoog=F opw −F z ,ballon met helium=22,5−9,0=13,5 N .
De berekende omhoog gerichte trekkracht is 0,5 N groter dan de gemeten trekkracht. Dat betekent de
zwaartekracht op de ballon met helium in werkelijkheid 0,5 N groter is en dat komt doordat de druk van het
helium in de ballon iets hoger is dan de buitenluchtdruk. Er zit dus 0,5/9,8= 0,05 kg meer helium in 1,77 m3, de
dichtheid is 0,03 kg/m3 hoger. Het helium is dus iets samengeperst waardoor de dichtheid 17% hoger is dan de
genoemde 0,18 kg/m3.
c Direct na het loslaten is de kracht omhoog nog 13 N, terwijl de zwaartekracht op de sonde
F z , sonde =msonde ∙ g=0,250× 9,81=2,5 N is. Dus is de nettokracht:
F res =13−2,5=10,5=11 N .
d Doordat de nettokracht niet nul is zal de snelheid van de ballon toenemen. Als de snelheid toeneemt, neemt de
luchtweerstand snel toe totdat deze net zo groot is als de omhoog gerichte kracht van de ballon.
5
e Bij het stijgen daalt de druk in de ballon en het volume stijgt: p1 ∙ V 1= p2 ∙V 2 met p1=1,0 ∙ 10 Pa ,
4 4 6,0 3
3
V 1=1,77 m3 en V 2= ∙ π ∙ r = × π ×
3 3 2 ( )
=11,3 m3
p ∙ V 1,0 ∙ 105 × 1,77
p2= 1 1 = =0,1566 ∙ 105 Pa. De druk is dus afgenomen tot 1,6104 Pa.
V2 11,3
f Hoger in de lucht is de temperatuur van de lucht lager, dus zal de ballon zijn warmte afstaan aan de koudere
lucht eromheen waardoor temperatuur van de ballon daalt.
4 [W] Zonneboiler
5 [W] Bocht in de rivier
K1.2 ATMOSFEER
,6 [W] Experiment: Atmosferische luchtdruk meten met een tuinslang
7 [W] Experiment: Hoogte meten met een glazen colafles
8 [W] Experiment: Convectie in een theepot
9 [W] Experiment: Dauwpunt bepalen
10 [W] Experiment: Afkoeling door expansie
11 Waar of niet waar?
a Niet waar: Zuurstof wordt door planten uitgeademd, ozon ontstaat doordat hoog in de atmosfeer zuurstof door
ultraviolette straling in het zonlicht wordt gesplitst. (Toevoeging: in de stratosfeer wordt een zuurstofmolecuul (O2)
gesplitst in zuurstofatomen (2 O) en vervolgens vormt een los zuurstofatoom met een zuurstofmolecuul dan een
ozonmolecuul (O3).)
b Niet waar: Verwarmde lucht wordt door de omringende koude lucht ‘opgetild’, daarbij duwt de koude lucht de
verwarmde lucht weg.
c Niet waar: In alle punten van een isobaar is de luchtdruk hetzelfde.
d Niet waar: De opgetilde warme lucht zet uit doordat de omgevingsdruk afneemt. Bij dat uitzetten koelt de lucht af.
De temperatuur in de atmosfeer neemt dus niet toe, maar af, met de hoogte.
e Niet waar: Een druk van 1 bar is evenveel als 1000 hPa.
f Waar
g Niet waar: Het dauwpunt heeft als eenheid °C.
h Waar
12
a De grondmist is ontstaan door de afkoeling van de luchtlaag aan het aardoppervlak. Door de afkoeling komt de
temperatuur van de lucht onder het dauwpunt en ontstaan er condensatiedruppels, die zichtbaar zijn als mist.
b De luchtlaag waarin de mist ontstaat is kouder dan de lucht erboven, dus zal deze luchtlaag niet worden opgetild
door de omringende lucht (zoals bij warme lucht wel gebeurt).
c De zon verwarmt het aardoppervlak waardoor de lucht aan het aardoppervlak verwarmd wordt en de
temperatuur van de luchtlaag met mist weer snel boven het dauwpunt uitkomt en de mist verdampt.
13
a De wolk koelt bij het stijgen af door expansie. Maar zolang de temperatuur van de wolk hoger is dan die van zijn
omgeving, blijft de wolk stijgen. Boven de inversie van de tropopauze wordt de omgeving echter warmer en
daardoor stopt de wolk met stijgen zodra zijn temperatuur gelijk is geworden aan die van zijn omgeving.
g Doordat de temperatuur van de lucht bij het aardoppervlak in de tropen hoger is dan in de poolstreken, neemt in
de tropen de dichtheid minder sterk af met de hoogte. En daardoor neemt de luchtdruk in de tropen minder snel
af met de hoogte en zal de troposfeer dus dikker zijn. Als de luchtdruk minder snel afneemt met de hoogte,
neemt ook de temperatuur in een wolk minder snel af met de hoogte en kunnen de wolken langer worden
‘opgetild’.
14 In een lokaal verzamelt de warme lucht zich bovenin en kan niet weg, terwijl de warme lucht in de atmosfeer steeds
maar door blijft stijgen. Bij dat stijgen zet de lucht uit en koelt af door de expansie.
15
, a Ja
b De energie wordt omgezet in meer bewegingsenergie van de luchtmoleculen, warmte van de lucht.
c De temperatuur van de lucht stijgt tijdens het samenpersen.
d Bij (snelle) expansie neemt de bewegingsenergie van de luchtmoleculen af doordat de luchtmoleculen arbeid
verrichten, dus daalt de temperatuur.
16
a Door de ijle lucht op die hoogte is er niet genoeg massa voor de wieken van de helikopter om zich tegen af te
zetten en zo de helikopter ‘in de lucht te houden’.
b De luchtdruk is er heel laag, dus als je je longen groter maakt om in te ademen wordt de buitenlucht minder hard
naar binnen geduwd. Bovendien is de lucht er heel ijl (lage dichtheid) dus bevat een liter lucht daar minder
luchtmoleculen. Bij iedere ademteug krijg je dus maar weinig lucht met weinig zuurstof binnen.
17
a Alleen heel speciale (spionage-)vliegtuigen kunnen op die hoogte vliegen en ook alleen met hoge snelheid. Daar
kan de parachutist niet uit springen.
c Zonder drukpak zou een mens ‘opgeblazen’ worden in een omgeving waar de luchtdruk zo laag is. En het
ruimtepak beschermt de parachutist tegen de zeer strenge koude.
d Op die hoogte is de dichtheid van de lucht veel lager, dus is de luchtweerstand veel lager en kan een veel
hogere snelheid bereikt worden.
18 Eigen antwoord van de leerling.
19
a Aan de hand van de gemeten luchtdruk kun je met de hydrostatische drukvergelijking de hoogte berekenen.
b De temperatuur is, naast de hoogte, ook een variabele in de hydrostatische drukvergelijking.
c Door het aan het begin van de dag gelijkstellen van de hoogtemeter met de werkelijke hoogte waarop je je
bevindt, leg je voor die dag de luchtdruk op de starthoogte vast ( p(h =0 )).
20
a Condensatie van waterdamp vindt plaats als de temperatuur onder het dauwpunt is en als er condensatiekernen
aanwezig zijn.
b Het vliegtuig stoot na verbranding uitlaatgassen met waterdamp uit, dus is de waterdampdichtheid achter het
vliegtuig hoger. Door die verhoogde waterdampdichtheid en de lage temperatuur op die hoogte is de temperatuur
dan beneden het dauwpunt. De stofjes in de lucht en roetdeeltjes in de uitlaatgassen doen dienst als
condensatiekernen.
c Hoog in de lucht is de temperatuur zo laag dat er in plaats van waterdruppels ijskristallen ontstaan.
d Vlak achter het vliegtuig is de lucht door de uitlaatgassen nog warm, daar is de temperatuur nog boven het
dauwpunt.
21
a In de buurt van het raam is de temperatuur lager dan in de rest van de kamer. Als de temperatuur lager is, ligt
het dauwpunt volgens figuur 16 bij een lagere luchtvochtigheid, dus is het mogelijk dat dezelfde
waterdampdichtheid in de buurt van het raam wel een relatieve luchtvochtigheid heeft van 100% en in de rest
van de kamer niet.
b Als je uitademt tegen je brillenglas verhoog je de relatieve luchtvochtigheid bij het glas doordat de uitgeademde
warme lucht meer waterdamp bevat.
22
Weer en klimaat | vwo
Uitwerkingen basisboek
K1.1 INTRODUCTIE
1 [W] Voorkennistest
2 Waar of niet waar?
a Waar
b Waar
c Niet waar: Temperatuur is een maat voor de gemiddelde kinetische energie van de moleculen en heeft de
eenheid graden Celsius (°C) of kelvin (K). Warmte is een vorm van energie van een bepaald voorwerp of een
bepaald volume van een gas, en heeft de eenheid joule (J).
d Niet waar: De luchtdruk is evenredig met de dichtheid van het gas als de temperatuur constant is.
3
a De opwaartse kracht is gelijk aan het gewicht van een even groot volume lucht.
4 4 1,5 3
V ballon = ∙ π ∙ r 3= × π ×
3 3 ( )
2
=1,77 m 3
m lucht =ρlucht ∙V ballon=1,3× 1,77=2,30 kg F opw=F z ,lucht =mlucht ∙ g=2,30 ×9,81=22,5=23 N .
b Het verschil tussen de opwaartse kracht en de massa van de met helium gevulde ballon is de omhoog gerichte
trekkracht.
mhelium =ρhelium ∙V ballon =0,18× 1,77=0,319 kg
m ballon met helium =m helium +m ballon =0,319+0,600=0,919 kg
F z , ballonmet helium=mballon met helium ∙ g=0,919× 9,81=9,0 N
F omhoog=F opw −F z ,ballon met helium=22,5−9,0=13,5 N .
De berekende omhoog gerichte trekkracht is 0,5 N groter dan de gemeten trekkracht. Dat betekent de
zwaartekracht op de ballon met helium in werkelijkheid 0,5 N groter is en dat komt doordat de druk van het
helium in de ballon iets hoger is dan de buitenluchtdruk. Er zit dus 0,5/9,8= 0,05 kg meer helium in 1,77 m3, de
dichtheid is 0,03 kg/m3 hoger. Het helium is dus iets samengeperst waardoor de dichtheid 17% hoger is dan de
genoemde 0,18 kg/m3.
c Direct na het loslaten is de kracht omhoog nog 13 N, terwijl de zwaartekracht op de sonde
F z , sonde =msonde ∙ g=0,250× 9,81=2,5 N is. Dus is de nettokracht:
F res =13−2,5=10,5=11 N .
d Doordat de nettokracht niet nul is zal de snelheid van de ballon toenemen. Als de snelheid toeneemt, neemt de
luchtweerstand snel toe totdat deze net zo groot is als de omhoog gerichte kracht van de ballon.
5
e Bij het stijgen daalt de druk in de ballon en het volume stijgt: p1 ∙ V 1= p2 ∙V 2 met p1=1,0 ∙ 10 Pa ,
4 4 6,0 3
3
V 1=1,77 m3 en V 2= ∙ π ∙ r = × π ×
3 3 2 ( )
=11,3 m3
p ∙ V 1,0 ∙ 105 × 1,77
p2= 1 1 = =0,1566 ∙ 105 Pa. De druk is dus afgenomen tot 1,6104 Pa.
V2 11,3
f Hoger in de lucht is de temperatuur van de lucht lager, dus zal de ballon zijn warmte afstaan aan de koudere
lucht eromheen waardoor temperatuur van de ballon daalt.
4 [W] Zonneboiler
5 [W] Bocht in de rivier
K1.2 ATMOSFEER
,6 [W] Experiment: Atmosferische luchtdruk meten met een tuinslang
7 [W] Experiment: Hoogte meten met een glazen colafles
8 [W] Experiment: Convectie in een theepot
9 [W] Experiment: Dauwpunt bepalen
10 [W] Experiment: Afkoeling door expansie
11 Waar of niet waar?
a Niet waar: Zuurstof wordt door planten uitgeademd, ozon ontstaat doordat hoog in de atmosfeer zuurstof door
ultraviolette straling in het zonlicht wordt gesplitst. (Toevoeging: in de stratosfeer wordt een zuurstofmolecuul (O2)
gesplitst in zuurstofatomen (2 O) en vervolgens vormt een los zuurstofatoom met een zuurstofmolecuul dan een
ozonmolecuul (O3).)
b Niet waar: Verwarmde lucht wordt door de omringende koude lucht ‘opgetild’, daarbij duwt de koude lucht de
verwarmde lucht weg.
c Niet waar: In alle punten van een isobaar is de luchtdruk hetzelfde.
d Niet waar: De opgetilde warme lucht zet uit doordat de omgevingsdruk afneemt. Bij dat uitzetten koelt de lucht af.
De temperatuur in de atmosfeer neemt dus niet toe, maar af, met de hoogte.
e Niet waar: Een druk van 1 bar is evenveel als 1000 hPa.
f Waar
g Niet waar: Het dauwpunt heeft als eenheid °C.
h Waar
12
a De grondmist is ontstaan door de afkoeling van de luchtlaag aan het aardoppervlak. Door de afkoeling komt de
temperatuur van de lucht onder het dauwpunt en ontstaan er condensatiedruppels, die zichtbaar zijn als mist.
b De luchtlaag waarin de mist ontstaat is kouder dan de lucht erboven, dus zal deze luchtlaag niet worden opgetild
door de omringende lucht (zoals bij warme lucht wel gebeurt).
c De zon verwarmt het aardoppervlak waardoor de lucht aan het aardoppervlak verwarmd wordt en de
temperatuur van de luchtlaag met mist weer snel boven het dauwpunt uitkomt en de mist verdampt.
13
a De wolk koelt bij het stijgen af door expansie. Maar zolang de temperatuur van de wolk hoger is dan die van zijn
omgeving, blijft de wolk stijgen. Boven de inversie van de tropopauze wordt de omgeving echter warmer en
daardoor stopt de wolk met stijgen zodra zijn temperatuur gelijk is geworden aan die van zijn omgeving.
g Doordat de temperatuur van de lucht bij het aardoppervlak in de tropen hoger is dan in de poolstreken, neemt in
de tropen de dichtheid minder sterk af met de hoogte. En daardoor neemt de luchtdruk in de tropen minder snel
af met de hoogte en zal de troposfeer dus dikker zijn. Als de luchtdruk minder snel afneemt met de hoogte,
neemt ook de temperatuur in een wolk minder snel af met de hoogte en kunnen de wolken langer worden
‘opgetild’.
14 In een lokaal verzamelt de warme lucht zich bovenin en kan niet weg, terwijl de warme lucht in de atmosfeer steeds
maar door blijft stijgen. Bij dat stijgen zet de lucht uit en koelt af door de expansie.
15
, a Ja
b De energie wordt omgezet in meer bewegingsenergie van de luchtmoleculen, warmte van de lucht.
c De temperatuur van de lucht stijgt tijdens het samenpersen.
d Bij (snelle) expansie neemt de bewegingsenergie van de luchtmoleculen af doordat de luchtmoleculen arbeid
verrichten, dus daalt de temperatuur.
16
a Door de ijle lucht op die hoogte is er niet genoeg massa voor de wieken van de helikopter om zich tegen af te
zetten en zo de helikopter ‘in de lucht te houden’.
b De luchtdruk is er heel laag, dus als je je longen groter maakt om in te ademen wordt de buitenlucht minder hard
naar binnen geduwd. Bovendien is de lucht er heel ijl (lage dichtheid) dus bevat een liter lucht daar minder
luchtmoleculen. Bij iedere ademteug krijg je dus maar weinig lucht met weinig zuurstof binnen.
17
a Alleen heel speciale (spionage-)vliegtuigen kunnen op die hoogte vliegen en ook alleen met hoge snelheid. Daar
kan de parachutist niet uit springen.
c Zonder drukpak zou een mens ‘opgeblazen’ worden in een omgeving waar de luchtdruk zo laag is. En het
ruimtepak beschermt de parachutist tegen de zeer strenge koude.
d Op die hoogte is de dichtheid van de lucht veel lager, dus is de luchtweerstand veel lager en kan een veel
hogere snelheid bereikt worden.
18 Eigen antwoord van de leerling.
19
a Aan de hand van de gemeten luchtdruk kun je met de hydrostatische drukvergelijking de hoogte berekenen.
b De temperatuur is, naast de hoogte, ook een variabele in de hydrostatische drukvergelijking.
c Door het aan het begin van de dag gelijkstellen van de hoogtemeter met de werkelijke hoogte waarop je je
bevindt, leg je voor die dag de luchtdruk op de starthoogte vast ( p(h =0 )).
20
a Condensatie van waterdamp vindt plaats als de temperatuur onder het dauwpunt is en als er condensatiekernen
aanwezig zijn.
b Het vliegtuig stoot na verbranding uitlaatgassen met waterdamp uit, dus is de waterdampdichtheid achter het
vliegtuig hoger. Door die verhoogde waterdampdichtheid en de lage temperatuur op die hoogte is de temperatuur
dan beneden het dauwpunt. De stofjes in de lucht en roetdeeltjes in de uitlaatgassen doen dienst als
condensatiekernen.
c Hoog in de lucht is de temperatuur zo laag dat er in plaats van waterdruppels ijskristallen ontstaan.
d Vlak achter het vliegtuig is de lucht door de uitlaatgassen nog warm, daar is de temperatuur nog boven het
dauwpunt.
21
a In de buurt van het raam is de temperatuur lager dan in de rest van de kamer. Als de temperatuur lager is, ligt
het dauwpunt volgens figuur 16 bij een lagere luchtvochtigheid, dus is het mogelijk dat dezelfde
waterdampdichtheid in de buurt van het raam wel een relatieve luchtvochtigheid heeft van 100% en in de rest
van de kamer niet.
b Als je uitademt tegen je brillenglas verhoog je de relatieve luchtvochtigheid bij het glas doordat de uitgeademde
warme lucht meer waterdamp bevat.
22
