Druk in de sneeuw

Les natuurkunde in combinatie met lichamelijke opvoeding.

Druk bij het skiën.

Leerdoelen:

1. Begrijpen wat druk is en hoe het werkt in de context van skiën.

2. Inzien hoe het contactoppervlak tussen de ski's en de sneeuw de druk beïnvloedt.

3. Begrijpen waarom brede ski's de druk op de sneeuw verminderen en het glijden vergemakkelijken.

4. De formule van druk kunnen toepassen.

Uitleg:

Als je op de ski's staat, helpen ze je om over de sneeuw te glijden. Maar wist je dat ze ook een belangrijke rol spelen bij het in evenwicht blijven? Dat komt door iets wat we 'druk' noemen. Druk is als je iets “zwaars” op een plek duwt.

Stel je voor dat je een grote taart hebt en je duwt er met je hand op. Hoe harder je duwt, hoe meer je hand de taart platdrukt, toch? Dat is een beetje zoals druk werkt. Bij skiën is het alsof de ski's je handen zijn en de sneeuw de taart is. Als je ski's een groot oppervlak hebben dat de sneeuw raakt, zoals een brede plank, wordt de druk verspreid. Dit betekent dat het gewicht van de skiër gelijkmatig verdeeld wordt over een groot gebied, waardoor de druk minder wordt.

Stel je voor dat je op een smalle plank zou staan in plaats van op ski's. Dan zou al je gewicht op een klein gebied drukken, en zou je diep in de sneeuw zakken! Dat zou niet goed zijn voor het skiën. Maar dankzij de brede ski's blijf je beter bovenop de sneeuw en glijd je soepel.

En weet je wat nog meer helpt? Sommige ski's hebben een gladde laag erop, zoals wax. Dit vermindert de wrijving tussen de ski's en de sneeuw, waardoor je makkelijker kunt glijden. En als je makkelijker glijdt, hoef je minder hard te duwen, wat betekent dat er minder druk op de sneeuw is.

Dus, ski's helpen niet alleen om over de sneeuw te glijden, maar ze zorgen er ook voor dat je niet te diep zakt en maken het skiën makkelijker en leuker!
Druk is als je iets stevig duwt. Stel je voor dat je een hele grote ballon hebt. Als je er hard op duwt met je hand, voel je de druk van je hand op de ballon. Dus, druk is eigenlijk hoe hard je iets indrukt.

Laten we het in eenvoudige woorden uitleggen. Stel je voor dat je staat de grond op met je hele voet of dat je alleen staat op je tenen. De druk wordt groter als het oppervlak (je tenen) kleiner is. Hierdoor kun je dus bij het skiën zonder latten wegzakken in de sneeuw.

Laten we het nu eens hebben over de formule voor druk. Het ziet er misschien een beetje ingewikkeld uit, maar het is eigenlijk best eenvoudig! De formule voor druk is:

Druk = Kracht : Oppervlakte

•  De kracht is het aantal kilogrammen x 10. Dit drukken we uit in Newton.

5 kilogram is dus 50 N

• Oppervlakte is de lengte x breedte uitgedrukt in cm².

• Druk is dus het aantal Newton per cm². Kort genoteerd N/cm².

Oefenvragen:

1. Stel je voor dat een skiër die 40 kilogram weegt op één ski staat. Als die ski een stukje van 10 bij 10 centimeter is, hoeveel druk oefent de skiër dan uit op de sneeuw?

2. Dezelfde skiër staat nu op twee ski's. Als elke ski van 10 bij 10 centimeter is, hoeveel druk oefent hij dan samen uit op de sneeuw?

3. Een andere skiër weegt 35 kilogram en staat op één ski. Als die ski een stukje is van 12 bij 10 centimeter, hoeveel druk oefent hij dan uit op de sneeuw?

4. Vergelijk de druk die wordt uitgeoefend door een skiër die 50 kilogram weegt op een ski met een stukje van 9 bij 10 centimeter met de druk die wordt uitgeoefend door een skiër die 60 kilogram weegt op dezelfde ski. Wie oefent meer druk uit?

5. Als de skiër uit vraag 1 zijn ski's met speciale wax behandelt, waardoor het contactoppervlak met de sneeuw met 20% groter word, wat gebeurt er dan met de druk die hij op de sneeuw uitoefent?

Samenvatting:
In deze opdracht werd uitgelegd hoe druk werkt bij het skiën. Druk is de kracht die wordt uitgeoefend op de sneeuw door het gewicht van de skiër en de ski's zelf, verdeeld over het contactoppervlak. Een groter contactoppervlak, zoals bij brede ski's, vermindert de druk op de sneeuw, waardoor de skiër beter kan glijden. Het gebruik van glijdende lagen op de ski's, zoals wax, vermindert ook de wrijving en draagt ​​bij aan een soepele glijbeweging.

De formule van druk is:

Druk = Kracht : oppervlakte.

Antwoorden:

1. Om de druk te berekenen, gebruiken we de formule: Druk = Kracht / Oppervlakte. De kracht is het gewicht van de skiër, dus 40 kilogram dus 400 Newton. Het oppervlak van de ski is 10 cm * 10 cm = 100 vierkante centimeter. Dus, Druk = 400N / 100 cm² = 4 N/cm².

2. Dezelfde skiër staat nu op twee ski's. De totale kracht blijft hetzelfde, dus 400 Newton. Maar nu zijn er twee ski's, dus het totale contactoppervlak is 2 * (10 cm * 10 cm) = 200 vierkante centimeter. Dus, Druk = 400 N / 200 cm² = 2 N/cm².

3. Voor deze skiër is de kracht 35 kilogram en het oppervlak van de ski is 12 cm * 10 cm = 120 vierkante centimeter. Dus, Druk = 350 N / 120 cm² ≈ 2,9 N/cm².

4. We vergelijken twee skiërs op dezelfde ski. De eerste skiër weegt 50 kilogram (500 N) en heeft een oppervlak van 9 cm * 10 cm = 90 vierkante centimeter. Dus, Druk = 500 N / 90 cm² ≈ 5,6 N/cm². De tweede skiër weegt 600 kilogram (600 Newton), maar heeft hetzelfde oppervlak. Dus, Druk = 600N / 90 cm² ≈ 6,7 N/cm². De tweede skiër oefent dus meer druk uit.

5. Als het contactoppervlak met 20% groeit door de speciale wax, betekent dit dat het oppervlak met 1,20 wordt vermenigvuldigd. Dus, de druk zal met hetzelfde percentage afnemen. Als de druk bijvoorbeeld oorspronkelijk 4 N/cm² was, wordt deze na het aanbrengen van de wax 4 N/cm² / 1,20 ≈ 3,3 N/cm².