NWQ voor 2hv over dichtheid

• Natuurkunde
• Middelbare school
• havo
• Leerjaar 2

De Nationale Wetenschapsquiz

za 29 dec 20:20 NPO 2

sdfsd

Vraag 1: Je hangt een massieve bol van 100 gram piepschuim en een massieve bol van 100 gram lood aan een balans. De balans is dus precies in evenwicht. Je herhaalt de proef op de maan. Is de balans dan nog in evenwicht?

1. Nee, de bol van piepschuim zal lager hangen
2. Nee, de loden bol zal lager hangen
3. Ja, ze wegen allebei precies evenveel minder

Uitleg vraag 1:

De balans is op de aarde precies in evenwicht. Maar op de maan is dat niet meer het geval. Weliswaar wegen de bollen allebei evenveel minder, maar op de maan is geen lucht. Op aarde speelt de opwaartse kracht van de lucht een rol volgens de wet van Archimedes. Die kracht is bij de volumineuze piepschuimen bol veel groter dan bij het loden bolletje van dezelfde massa. De lucht tilt als het ware de piepschuimen bol iets op. Nemen we die opstelling mee naar de maan, dan is die opwaartse kracht er niet meer en zal de bol van piepschuim lager komen te hangen.

Vraag 2: Een balansweegschaal met links een zilveren kroon en rechts een gouden kroon is in evenwicht. Wat gebeurt er als je de weegschaal onder water plaatst?

1. De gouden kroon stijgt en de zilveren kroon daalt
2. De weegschaal blijft in balans
3. De gouden kroon daalt en de zilveren kroon stijgt

Uitleg vraag 2:

De balansweegschaal is boven water in evenwicht, dus beide kronen zijn even zwaar. De dichtheid van goud is bijna twee keer zo hoog als die van zilver dus is het volume van de zilveren kroon groter. Wanneer de weegschaal onder water wordt geplaatst, zal de zilveren kroon meer water verplaatsen dan de gouden kroon. Volgens de wet van Archimedes is de opwaartse kracht gelijk aan de massa van het verplaatste water. Doordat de opwaartse kracht bij de zilveren kroon groter is, zal de gouden kroon dalen.

Vraag 2: Op twee weegschalen staan identieke teilen met water. In één teil drijft een blok. Het waterpeil is in beide teilen even hoog. Welke teil weegt het meest?

1. De teil zonder het blok
2. Ze wegen beide evenveel
3. De teil met het blok

Uitleg vraag 2:

In de derde eeuw voor Chr. formuleerde Archimedes van Syracuse (Sicilië) een van de oudste natuurwetten. De wet van Archimedes zegt dat de opwaartse kracht gelijk is aan het gewicht van de verplaatste vloeistof. De opwaartse kracht in de teil met het blok is dus gelijk aan het gewicht van het water dat door het deel van het blok dat onder water zit, is verplaatst. Dat is precies gelijk aan de extra hoeveelheid 

Vraag 3: In een grote bak water van 4°C leg je een blok ijs. Wat gebeurt er met het waterniveau terwijl het ijs smelt?

1. Het stijgt
2. Het blijft gelijk
3. Het daalt

Uitleg vraag 3:

De wet van Archimedes stelt dat het ijs een opwaartse kracht ervaart die gelijk is aan het gewicht van de verplaatste hoeveelheid water. De dichtheid van water wordt groter naarmate het afkoelt van 100°C naar 4°C (het water krimpt). Water van 4°C heeft de grootste dichtheid die water kan hebben; zelfs groter dan ijs. Als de temperatuur van het water onder de 4°C daalt, wordt de dichtheid juist weer kleiner (het water zet uit). Deze onregelmatigheid heet de anomalie van water. Het ijsblok duwt een kleiner volume aan water van 4°C weg dan het koudere smeltwater inneemt. Als het blok smelt, zal het waterniveau dus stijgen. Overigens is het dichtheidsverschil tussen water van 0°C en van 4°C erg klein. 1 kilogram water van 0°C neemt 0,00013 liter minder volume in dan water van 4°C: dat is een verschil van 0,13 liter op 1 kubieke meter ijs.

Vraag 4: Je hebt een grote, cilindervormige glazen vaas met tien liter water op kamertemperatuur en markeert het waterpeil met een streepje. Vervolgens haal je vier liter water uit de vaas en maakt daar ijsblokken van. Dan laat je de ijsblokken voorzichtig in de vaas zakken en wacht tot het wateroppervlak niet meer beweegt. Hoe hoog staat het water dan?

1. Boven het streepje
2. Precies tot het streepje
3. Onder het streepje

Uitleg vraag 4:

Het ijs verplaatst precies evenveel water als het ontbrekende water. Je zou dus kunnen denken dat het waterniveau weer precies even hoog komt, want zo werkt de wet van Archimedes. Maar dat is niet het hele verhaal. Het ijs verlaagt namelijk de temperatuur van het water, en kouder water heeft een hogere dichtheid. Het volume neemt daardoor af. Het water zal dus iets onder het streepje komen te staan.

Vraag 6: Een netje gevuld met stalen knikkers en kurken drijft net onder het oppervlak van het water in een aquarium. Wat gebeurt er met het waterniveau wanneer je het netje stuk knipt?

1. Het stijgt
2. Het blijft gelijk
3. Het daalt

Uitleg vraag 6:

Een netje is gevuld met stalen knikkers en kurken. Wanneer het netje opengeknipt wordt, gaan de kurken drijven en zinken de stalen knikkers naar de bodem. Doordat de kurken gaan drijven, zal het totaal verplaatste volume water minder zijn dan toen ze nog onder water waren. Het verplaatste watervolume van de stalen knikkers verandert uiteraard niet. Doordat er minder water verplaatst wordt door de drijvende kurken zal het waterniveau dalen. Antwoord C is dus het juiste antwoord.

Vraag 7: Een schip dat drinkwater vervoert ligt te wachten in een grote zeesluis. Door een gat in het schip stroomt zeewater het schip in. Om te voorkomen dat het schip gaat zinken, pompt de bemanning het drinkwater de sluis in. Er stroomt net zoveel water het schip in, als de bemanning wegpompt. Het waterniveau in de sluis:

1. Het stijgt
2. Het blijft gelijk
3. Het daalt

Uitleg vraag 7:

Zeewater heeft een hogere dichtheid (1030 g/l) dan zoet water (1000 g/l). De dichtheid bepaalt het drijfvermogen: hoe hoger de dichtheid, hoe makkelijker iets blijft drijven. Het zoute water in de sluis wordt vermengd met het zoete water uit het schip. Hierdoor wordt de dichtheid van het water in de sluis lager en daarmee neemt dus ook het drijfvermogen af. Verder wordt door het wegpompen, het drinkwater in het schip geleidelijk vervangen door zeewater. Daardoor neemt de massa van het schip iets toe. Het schip wordt dus zwaarder en het drijfvermogen van het water in de sluis neemt af. Beide effecten hebben een negatieve impact op de diepgang van het schip: het schip komt dieper te liggen waardoor het waterpeil in de sluis stijgt.

Vraag 8: Er ligt een olietanker in een bak water. Wat gebeurt er met het waterniveau als de tanker olie lekt?

1. Het waterniveau stijgt
2. Het waterniveau blijft gelijk
3. Het waterniveau daalt

Uitleg vraag 8:

Stel je eerst voor dat de tanker gevuld is met water in plaats van olie. De tanker lekt 1 liter water. Het schip wordt dus 1 liter lichter en verplaatst daarmee 1 liter minder water. Maar de gelekte 1 liter compenseert precies voor het minder verplaatste water. Dus het waterniveau blijft gelijk. Dit is de wet van Archimedes. Nu terug naar de tanker gevuld met olie. Olie is ongeveer 10 procent lichter dan water. Dus als er 1 liter olie uitlekt dan zal de tanker ongeveer 0.9 liter minder water verplaatsen. Het waterniveau daalt dus. De liter olie die nu op het water drijft, zorgt er overigens voor dat het totale vloeistofniveau stijgt met 0,1 liter. Maar daar vroegen we niet naar.