Nova Natuurkunde MAX (release 2.2) - Hoofdstuk 13 - Aarde en klimaat oefentoetsen & antwoorden

Druk is de kracht die op een oppervlakte van 1 $m^2$ wordt uitgeoefend. Door het corioliseffect wijken de windrichtingen af van de baan die je zou verwachten volgens de wetten van Newton. Hierdoor hebben luchtstromen op het noordelijke halfrond een afwijking naar rechts. Op het zuidelijk halfrond hebben luchtstromen een afwijking naar links. Het dauwpunt is de temperatuur waarbij de relatieve luchtvochtigheid gelijk is aan 100%. Doordat de aarde een temperatuur heeft, zendt het infrarode straling uit. Deze straling wordt deels geabsorbeerd door gassen in de atmosfeer. Dit heet het broeikaseffect. Door de absorptie van deze straling is het op aarde warmer dan je zou verwachten. Wanneer er meer gassen in de atmosfeer zitten, absorberen deze meer straling. Hierdoor stijgt de temperatuur op aarde. Dit wordt het versterkte broeikaseffect genoemd. De aarde draait zowel om de zon, als om zichzelf. De as waarbij de aarde om zichzelf draait, maakt een hoek ten opzichte van de richting waarin de aarde om de zon draait. Hierdoor vallen de zonnestralen onder een hoek op de aarde en wordt de stralingsenergie verschillend verdeeld. Wanneer de straling op het noordelijk halfrond een kleine hoek maakt, maakt het op het zuidelijk halfrond een grote hoek. Hierdoor is er op dit moment op het noordelijk halfrond sprake van zomer en op het zuidelijk halfrond sprake van winter.  Zie uitwerking hieronderGegeven$\rho = 998 \ kg \ m^{-3}$m = 10.0 kgGevraagd: V = ? (L)Formule: $\rho = \frac{m}{V} \to V = \frac{m}{\rho}$Berekening: $V = \frac{m}{\rho} = \frac{10}{998} = 0.01002 \ m^3 = 10.0 \ L$Conclusie: 10.0 kg water heeft op zeeniveau een volume van 10.0 L. Zie uitwerking hieronderGegeven:$p_1 = 1013 \ hPa = 1.013 \cdot 10^5 \ Pa$$p_2 = 2 \cdot p_1 = 1.013 \cdot 10^5 \cdot 2 = 2.026 \cdot 10^5 \ Pa$$\rho_1 = 998 \ kg \ m^{-3}$m = 10.0 kg$V_1 = 0.0100 \ m^3$Gevraagd: $\rho_2$ = ? ($kg \ m^{-3}$)Formule: $p_1 \cdot V_1 = p_2 \cdot V_2 \to V_2 = \frac{p_1 \cdot V_1}{p_2}$$\rho = \frac{m}{V}$Berekening:$\frac{p_1 \cdot V_1}{p_2} = \frac{1.013 \cdot 10^5 \cdot 0.0100}{2.026 \cdot 10^5} = 5.02 \cdot 10^{-3} \ m^3$$\rho = \frac{m}{V} = \frac{10.0}{5.02 \cdot 10^{-3}} = 1.99 \cdot 10^3 \ kg \ m^{-3}$Conclusie: Het water heeft bij een 2x zo grote druk een dichtheid gekregen van $1.99 \cdot 10^3 \ kg \ m^{-3}$ Neem eerst de formule over en vervang op alle plekken de grootheden door eenheden. Kijk vervolgens of er eenheden weggestreept kunnen worden. Zoek eventueel in Binas voor samengestelde eenheden. $p = \rho \cdot g \cdot h$$Pa = \frac{kg}{m^3} \cdot \frac{m}{s^2} \cdot m$Streep eenheden weg: $Pa = \frac{kg}{m \cdot s^2}$Pa is een samengestelde eenheid: $Pa = \frac{N}{m^2}$, dus:$\frac{N}{m^2} = \frac{kg}{m \cdot s^2}$N is ook een samengestelde eenheid: $N = \frac{kg \cdot m}{s^2}$, dus:$\frac{kg \cdot m}{m^2 \cdot s^2} = \frac{kg}{m \cdot s^2}$Streep dezelfde eenheden boven en onder de deelstreep weg:$\frac{kg}{m \cdot s^2} = \frac{kg}{m \cdot s^2}$De eenheden links en rechts van het = - teken zijn gelijk. Zie uitwerking hieronder Gegeven: p = $1.0 \cdot 10^5$ Pa Gevraagd: h = ? (mm)Formule: $p = \rho \cdot g \cdot h \to h = \frac{p}{\rho \cdot g}$Berekening:Zoek de ontbrekende eenheden op in Binas:$\rho_{kwik} = 13.546 \cdot 10^3 \ kg \ m^{-3}$ (zie binas T8)g = 9.81 $m \ s^{-2}$ (zie binas T7A)$h = \frac{p}{\rho \cdot g} = \frac{1.0 \cdot 10^5}{13.546 \cdot 10^3 \cdot 9.81} = 0.753 \ m = 753 \ mm$Conclusie: De kwik heeft een hoogte van 753 mm. Let op, geef antwoord in drie significante cijfers. De luchtdruk is lager dan bij de eerste meting, hierdoor zal de wind in de richting van het gebied met de lagere druk bewegen. Door het corioliseffect zal de wind tegen de klok in om dit lagedrukgebied heen bewegen. Op het zuidelijk halfrond heeft het corioliseffect een precies tegengesteld effect. De wind zal op het zuidelijk halfrond daarom met de klok mee om het lagedrukgebied heen bewegen.  De getekende lijnen geven de plekken aan met dezelfde druk, dit worden isobaren genoemd. De wet van Buys Ballot zegt dat als je met je rug naar de wind gaat staan, het hogedrukgebied zich rechts en het lagedrukgebied zich links bevindt. De wind volgt de pijl zoals getekend in het plaatje hieronder.  Wanneer je een diagram hebt gekregen, weet je dat je die bij het beantwoorden van de vraag moet gebruiken. Gegeven:T = 30 $^{\circ}C$Relatieve luchtvochtigheid = 80%Aantal ademhalingen = 13 x per minuut$V_{lucht} = 450 mL = 4.5 \cdot 10^{-4} \ m^3$t = 1 minuutGevraagd: $m_{waterdamp}$ = ? (g)Formule: - Berekening:Lees het dauwpunt af bij 30 $^{\circ}C$ = 31 $g \ m^{-3}$Bereken de absolute luchtvochtigheid bij 80%80% van 31 = 24.8 $g \ m^{-3}$Bereken het volume lucht per minuut$V = 13 \cdot 4.5 \cdot 10^{-4} = 5.85 \cdot 10^{-3} \ m^3$Bereken de hoeveelheid waterdamp per minuut$m = 24.8 \cdot 5.85 \cdot 10^{-3} = 0.15 \ g$Conclusie: Per minuut adem je 0.15 g waterdamp in (en uit). De temperatuur is constant als er evenveel instraling als uitstraling plaatsvindt. Doordat de aarde om zijn as draait, krijgt een gedeelte van de aarde geen zonlicht voor een bepaalde tijd (dan is het nacht). Er vindt op die plek dan geen instraling van zonlicht plaats, maar alleen uitstraling. Hierdoor daalt de temperatuur op deze plek. Het dauwpunt bij 20 $^{\circ}C$ is 16.5 $g \ m^{-3}$ (aflezen in grafiek). Dit is lager dan de absolute luchtvochtigheid van 24.8 $g \ m^{-3}$ zoals berekend bij vraag a. Er zal dus water condenseren en dauwdruppels ontstaan. Er ontstaan wolken wanneer de luchtvochtigheid 100% is.  Gegeven: Afname 1.0 $^{\circ}C$ is stijging van 100 m$T_1 = 26 \ ^{\circ}C$Relatieve luchtvochtigheid = 45%Gevraagd: $h_{wolk}$ = ? (m)Formule: - Berekening: Bereken de absolute luchtvochtigheid op de grondDauwpunt bij 26 $^{\circ}C$ = 24.5 $g \ m^{-3}$ (aflezen in diagram)45% van 24.5 = 11 $g \ m^{-3}$Lees af welk dauwpunt hoort bij een luchtvochtigheid van 11 $g \ m^{-3}$Aflezen geeft: T = 9.5 $^{\circ}C$Bereken het temperatuurverschil: 26 - 9.5 = 16.5 $^{\circ}C$Bereken de hoogte: 16.5 $^{\circ}C \cdot$ 100 = 1650 m.Conclusie: De wolken ontstaan op een hoogte van 1650 m.