Väga luft

Vad händer i experimentet?

Arbeta med experimentet i fysikundervisningen

Två försök som inte visar att luft väger något

Material

Ordlista

Till huvudsidan

Klicka här för att se experimenten!

Vad väger luft? Med en enkel vakuumpump för vinflaskor och en noggrann våg kan du och dina elever lätt ta reda på det.

Vad händer i experimentet?

Flaskan väger mindre efter att man har pumpat ut så mycket luft man kan ur den. För att kunna räkna ut vad luft väger t.ex. per liter (d.v.s. dess densitet) måste man också ta reda på hur stor volym luft man har tagit bort ur flaskan.

När man öppnar flaskan under vattenytan forsar vatten in. Se till att flaskans mynning hela tiden är under ytan. Trycket i flaskan är mycket lägre än lufttrycket på vattenytan. Därmed trycks vattnet in i flaskan. Processen fortsätter tills trycket i luftbubblan i flaskan är lika stort som det normala lufttrycket. Detsamma händer då man använder ett sugrör; man minskar trycket i sugröret så att trycket på den övriga vätskeytan trycker upp vätska mot munnen (se även Sprayburken i Blåsningar).

Vi fick densiteten till att vara 1,1 g/l, vilket är nära tabellvärdet 1,2 g/l

Men om man tar en bag-in-box påse då? Den rymmer ju tre liter (oftast) och luften i den väger då ungefär 3 g, men vågen ger nästan inget utslag alls. Vågen är mycket känslig och ger ett utslag om man t.ex. rör sig häftigt i närheten av den, vilket nog förklarar den lilla viktskillnad vi fick.

Det finns (minst) två olika sätt att formulera förklaringen till varför bag-in-box påsen inte duger att väga luft med.

Förklaring 1: Det finns hela tiden en volym luft ovanpå vågen; om denna luft är inuti eller utanför påsen spelar ingen roll. Man förändrar ingenting genom att flytta 3 liter luft ut ur eller in i påsen.

Med vinflaskan är det annorlunda; när vi pumpar ut luft ur flaskan minskar vi mängden luft ovanpå vågen. Vi har ju lyft undan en luftpelare lika hög som flaskan och ersatt den med (nästan) vakuum.

Förklaring 2: Arkimedes princip säger att undanträngd gas eller vätska utövar en ''lyftkraft''. Bag-in-box påsen tränger inte undan någon luft; luften är kvar på samma ställe med eller utan påse runt. Flaskan behåller sin volym när den är nästa tömd på luft och har då trängt undan den mängd luft vi pumpat bort.

Arbeta med experimentet i fysikundervisningen

Kunskapsmål

• Insikt om att luft faktiskt väger något.
• Erfarenhet av vakuumpump - tvärtom mot en cykelpump.
• Densitetsbegreppet.
• Kunna resonera om effekter av tryckskillnader

Förslag på hur du kan använda experimenten

Att väga luft är en vanlig demonstration på högstadienivå. Genom att använda vakuumpumpar för vin och flaskor är det möjligt att låta alla elever göra sin egen mätning.

En bra minnesregel för densiteter är att vatten väger 1 kg per liter och luft 1 g per liter.

• Om du undervisar skolår 4-6 kan ni använda experimentet för att konstatera att luft faktiskt väger något. Här kan man nöja sig med massan utan att bry sig om volymen. Fokusera även på experimentutförandet (väga före och efter), användning av vågen och vakuumpumpens funktion (den plockar ut en del av luftmolekylerna ur flaskan).

• På högstadiet - beräkna densiteten!

• Resultatet (densiteten) blir naturligtvis inte exakt detsamma som tabellvärdet. Elever lägger ofta stor vikt vid exakta siffror och decimaler. Försök ge perspektiv på resultatet - ni har med all säkerhet fått max 20% avvikelse från tabellvärdet 1,2 g/l. Betona att även 0,5 eller 2 g/l hade varit bra uppskattningar av det faktiska värdet.

• Om ni överhuvudtaget tar upp bag-in-box varianten (lämpligast för gymnasiet och högstadiet) så är Arkimedes-princip-förklaringen den som kräver mest abstraktionsförmåga.

• Ni kan räkna ut hur lågt tryck ni lyckades åstadkomma i flaskan. Tryck multiplicerat med volym är konstant i ert experiment - är den ena mindre blir den andra större.

• På gymnasiet kan ni helt enkelt använda allmänna gaslagen för att räkna ut hur lågt tryck det var i flaskan.

När man diskuterar tryck i och utanför flaskan fokuserar eleverna gärna enbart på trycket i flaskan och glömmer att lufttrycket utanför flaskan spelar stor roll, t.ex. då vätska trycks in i den evakuerade flaskan.

Två försök som inte visar att luft väger något

Blåser man upp en ballong och lägger den på en våg så ger vågen utslag. Om man väger ballongen utan luft i får man dock ungefär samma utslag, nämligen vad ballongen själv väger. Detta är samma experiment som med bag-in-box påsen. Möjligtvis skulle ballongen med luft kunna vara något tyngre än den utan, vilket beror på att luften i ballongen är lite komprimerad.

Det finns även en mer ambitiös version där man fäster två ballonger vid en pinne och hänger upp eller balanserar den så att den väger jämt. Sedan sticker man hål på den ena ballongen och pinnen tippar då för det mesta över åt den hela ballongens sida. Återigen så visar detta bara att luften i den hela ballongen är något komprimerad jämfört med den luft som finns utanför ballongen.

Material

Du behöver en våg med noggrannheten 0,1 g eller ännu hellre 0,01 g. De flesta så noggranna vågar klarar maximalt av 500 g vilket innebär att många normalstora vinflaskor är för tunga - använd halvflaskor! Vi använde en våg från Alega, artikelnummer DV500.

Du behöver även en vakuumpump för vinflaskor med tillhörande kork. Dessa kan köpas hos Duka eller Cervera m.fl. men också på några nätsajter, t.ex. Lyckas med mat.

Ordlista