vragen
1 De windsnelheden in de tornado zijn zo hoog, dat het vrijwel onmogelijk is om apparatuur zonder beschadigingen in het midden van de tornado te krijgen. Het is ook niet mogelijk om het pad van een tornado precies te voorspellen, zodat het niet lukt om meetapparatuur van tevoren neer te zetten in het pad van de tornado.
2 a Hiervoor moet je de formule F = p · A gebruiken met p = 50 hPa = 5,0·103 Pa en A = 1,4 m2. Invullen geeft: F = 5,0·103 · 1,4 = 7,0·103 N
b Een huis is niet helemaal luchtdicht afgesloten. De lucht zal al via kieren en spleten naar buiten stromen terwijl de luchtdruk afneemt.
3 De verwachtingen hierover zijn niet duidelijk. Aan de ene kant verwachten onderzoekers dat extreem weer vaker zal voorkomen. Aan de andere kant is er geen directe link gevonden tussen de gemiddelde
temperatuur en de hoeveelheid tornado’s in een jaar.
4 a In Amerika is de situatie zo dat warme vochtige lucht uit het Caraïbisch gebied en de Golf van Mexico boven het midden van de Verenigde Staten nog verder opwarmt en in botsing komt met de koude lucht uit Canada. Dit wordt ook nog eens bevorderd, doordat de centrale bergketen (de Rocky Mountains) noord-zuid loopt. In Europa kan wel vochtige lucht van de Atlantische Oceaan in botsing komen met koude lucht uit Rusland en het poolgebied, maar de Atlantische Oceaan is een stuk koeler dan het Caraïbisch gebied.
Bovendien licht er geen bergketen die de luchtstromen zo geleidt dat ze elkaar precies tegenkomen.
b De tornado alley is niet precies gedefinieerd, dus er zijn verschillende meningen over. In ieder geval ligt het in het midden van de Verenigde Staten en horen het noorden van Texas, en de staten Oklahoma en Kansas erbij. Sommigen laten de tornado alley doorlopen tot Nebraska en Iowa, of soms zelfs tot in Canada, anderen beweren dat er meer naar het oosten nog een tornado alley ligt.
c De kaart geeft alleen aan waar wel eens tornado’s voorkomen, niet hoeveel het er zijn of hoe sterk ze zijn. In de Verenigde Staten komen veel vaker zeer sterke tornado’s voor.
d Bangladesh is een van de dichtstbevolkte landen ter wereld, terwijl het midden van de Verenigde Staten juist vrij dunbevolkt is. Een tornado zal in een dichtbevolkt gebied veel meer slachtoffers kunnen maken dan in een dunbevolkt gebied.
toepassing
5 a Tornado’s ontstaan in grote onweersgebieden, waar al een draaiing om een lagedrukgebied aanwezig is.
Een groot deel van de tornado’s krijgt die draairichting mee. De meeste tornado’s in de Verenigde Staten (op het noordelijk halfrond) draaien daardoor tegen de wijzers van de klok in.
b Een dust devil ontstaat onafhankelijk van de grootschalige luchtstromingen. Dust devils en individuele tornado’s zijn zo klein dat het Corioliseffect niet te merken is. Een dust devil zal dus geen voorkeursrichting hebben voor de draaiing. Voor een tornado geldt dat niet, zie het antwoord bij vraag 5a.
6 Tornado’s ontstaan als warme vochtige lucht opstijgt. Dit zijn dezelfde omstandigheden waarbij onweers- en hagelbuien ontstaan.
7 Gebruik hiervoor afbeelding 13 in je leeropdrachtenboek (blz. 206). Bij 35 °C is de maximale hoeveelheid waterdamp in de lucht 40 g/m3. Lucht met een relatieve vochtigheid van 70% bevat dus 0,70 · 40 = 28 g/m3 waterdamp. In de grafiek zie je dat waterdamp bij deze hoeveelheid vocht gaat condenseren bij 28 °C.
8 De wall cloud zie je op de plek waar waterdamp begint te condenseren. Dat is dus op de plek waar lucht opstijgt.
Theorie
1 Eigenschappen van de atmosfeer
1 dampkring
2 a De dichtheid is de massa gedeeld door het volume. Voor eenzelfde hoeveelheid (massa) lucht is de dichtheid afhankelijk van het volume dat die hoeveelheid lucht inneemt. Dat volume is weer afhankelijk van de druk en de temperatuur, dus uiteindelijk hangt de dichtheid af van de druk en de temperatuur.
b De dichtheid is evenredig met de druk, dus: p = constante · ρ.
3 a Op de top van de Mount Everest is de massa van 1 m3 lucht 0,47 kg. Om het volume van deze hoeveelheid lucht op zeeniveau te berekenen, gebruik je: p1 · V1 = p2 · V2
Invullen levert: 314 hPa · 1 m3 = 1013 hPa · V2 V2 = (314 / 1013) · 1 m3 = 0,310 m3
De massa van deze hoeveelheid lucht is 0,47 kg, dus de dichtheid op zeeniveau is:
ρ2 = 0,47 / V2 = 0,47 / 0,310 = 1,52 kg/m3
b De berekende dichtheid is duidelijk groter dan de dichtheid die in de tekst gegeven is (1,28 kg/m3). Dit komt doordat er geen rekening is gehouden met de temperatuur. De temperatuur bovenop de Mount Everest is veel lager dan de gemiddelde temperatuur op zeeniveau. Je berekent dus de dichtheid van de lucht voor een heel lage temperatuur. De berekende dichtheid is daarom te hoog.
4 a Bij iedere ademteug op 2500 m hoogte krijg je een volume lucht V1 = 500 mL met een druk van p1 = 747 hPa binnen. Omrekenen naar het volume dat deze hoeveelheid lucht op zeeniveau zou hebben:
p1 · V1 = p2 · V2 hoogte krijg je (0,48 / 0,65) · 100% = 74% binnen van de hoeveelheid lucht die je normaal binnenkrijgt.
5 Onder een hoge waterdruk zou de doos aan alle kanten ingedrukt worden, omdat de waterdruk van alle kanten tegen de doos drukt. In afbeelding 6 in je leeropdrachtenboek is te zien dat de zijkanten wel naar buiten konden buigen, omdat de druk blijkbaar niet op de zijkanten werkte. De doos is dus onder een zwaar voorwerp vervormd.
+6 a Invullen geeft: Δp = 1,3 kg/m3 · 9,8 m/s2 · 100 m = 1,3·103 Pa = 13 hPa. De druk is op 100 m hoogte dus 13 hPa lager dan op zeeniveau. Dus: p100 m = 1013 – 13 = 1000 hPa
b Invullen geeft: Δp = 1,3 kg/m3 · 9,8 m/s2 · 8848 m = 1,127·105 Pa = 1127 hPa. De druk is op 8848 m hoogte dus 1127 hPa lager dan op zeeniveau. Dus: p8848 m = 1013 – 1127 = –114 hPa = –1,1·102 hPa c Uit de berekening komt een negatieve druk. Dat kan niet. Dat komt doordat er bij deze berekening geen rekening mee is gehouden dat de dichtheid van de lucht afneemt met grotere hoogte. Voor een klein hoogteverschil is dat effect te verwaarlozen, maar voor een groot hoogteverschil kan deze formule niet gebruikt worden.
+7 Ga uit van de formules p · V = constant en ρ = . De laatste formule kun je herschrijven als V = .
Invullen in de eerste formule geeft: p · = constant. Hieruit volgt dat: = . De massa m is
ook constant, dus = constant. Dit is een andere manier om te zeggen dat p en ρ recht evenredig zijn.
2 Seizoenen
8 De Kreeftskeerkring.
9 Rond 20 maart en 23 september, want dan vallen de zonnestralen op de evenaar loodrecht in. De
zonnestraling staat dan loodrecht op de aardas, waardoor overal op aarde dag en nacht even lang duren. De zon komt op die dagen precies in het oosten op en gaat precies in het westen onder.
10 90°
11 Door Greenwich.
12 a rond 21 december
b rond 20 maart en 23 september
13 Zie figuur 1. De poolcirkel ligt op 90° – 23,5° = 66,5°.
▲ figuur 1
14 Een gewoon jaar duurt 365 · 24 = 8760 uur = 8760 · 3600 s = 31 536 000 s. De aarde draait in
(23 · 3600) + (56 · 60) + 4 = 86 164 s om haar as. In een heel jaar is dat: 31 536 000 / 86 164 = 366 keer.
+15 Doordat je op de aarde staat, beweeg je net zo snel als de aarde. Als dat met een constante snelheid gebeurt, kun je met de eerste wet van Newton (zie paragraaf 4 van hoofdstuk 3) laten zien dat als er geen kracht op je wordt uitgeoefend, je diezelfde snelheid houdt. Je blijft daardoor met dezelfde snelheid meebewegen als de aarde, en merkt niets van die snelheid.
Als de snelheid niet constant is, maar bijvoorbeeld van richting verandert (zoals de aarde die in een jaar om de zon heen draait), dan is er wel een effect, maar dat is zo klein dat je het zelf niet merkt.
3 Neerslag
16 absolute luchtvochtigheid 17 100%
18 a De temperatuur daalt.
b De relatieve luchtvochtigheid neemt toe.
19 a Bij 15 °C is de maximale hoeveelheid waterdamp in de lucht 13,5 g/cm3 (zie afbeelding 13 in je leeropdrachtenboek). De relatieve vochtigheid is daarom (7,7 / 13,5) · 100% = 57%
b In afbeelding 13 kun je aflezen dat 7,7 g/m3 de maximale hoeveelheid waterdamp is bij 7 °C 20 a De zwaartekracht, de opwaartse kracht door de omringende lucht en de wrijvingskrachten.
b Als hij blijft zweven, moet de resulterende kracht op de druppel 0 N zijn.
21 a In afbeelding 13 in je leeropdrachtenboek kun je aflezen dat de absolute luchtvochtigheid dan 34 g/cm3 is.
b Het dauwpunt is de temperatuur waarbij de relatieve luchtvochtigheid 100% is. In dit geval is dat dus 32 °C
22 Natte sneeuw ontstaat als de temperatuur van de lucht tot vlakbij de grond onder nul is, maar de temperatuur van de bodem (en een dunne laag lucht, tot een paar meter) boven nul is.
23 Bij de polen is de temperatuur erg laag. Zoals je in afbeelding 13 in je leeropdrachtenboek kunt zien, kan erg koude lucht bijna geen waterdamp bevatten.
+24 Later op de middag heeft de onderste luchtlaag de tijd gehad om op te warmen door de straling van de zon.
De lucht wordt dan instabiel en zal gaan stijgen, waarbij onweersbuien kunnen ontstaan.
4 Wind
25 a Corioliseffect
b Door de draaiing van de aarde om haar eigen as.
26 Door het Corioliseffect stroomt de lucht niet rechtstreeks van het hogedrukgebied naar het lagedrukgebied, maar gaat het spiraalsgewijs en uiteindelijk in een cirkel om het hoge- of lagedrukgebied stromen. Er komt dus vrijwel geen lucht in het centrum van het lagedrukgebied terecht, waardoor de lage druk blijft bestaan.
Om dezelfde reden zal de lucht het hogedrukgebied niet verlaten, waardoor de hoge druk blijft bestaan.
27 De lucht stroomt tegen de klok in om het lagedrukgebied. De wind komt daardoor in dit geval uit het noorden.
28 Zie figuur 2. Op het zuidelijk halfrond stroomt de lucht met de klok mee om de lagedrukgebieden en tegen de klok in om de hogedrukgebieden.
▲ figuur 2
29 Dit is in feite hetzelfde geval als bij vraag 27. De wind komt dus uit het noorden.
30 Je kunt dit tekenen of naar afbeelding 18 in je leeropdrachtenboek kijken. De wind komt daar uit het noorden, dus als je met je rug in de wind staat, is het lagedrukgebied aan je linkerkant en het
hogedrukgebied aan je rechterkant. Dit geldt alleen voor het noordelijk halfrond. Op het zuidelijk halfrond is het precies andersom.
5 Drukverdeling en klimaatgordels
31 a Doordat de zonnestraling rondom de evenaar het grootst is, wordt de atmosfeer daar het sterkst opgewarmd. Daardoor zal de lucht gaan stijgen, waarbij buien ontstaan en er relatief veel neerslag valt.
b Rond 30° NB of ZB daalt de lucht. Daardoor wordt de relatieve luchtvochtigheid kleiner en zal er weinig of geen neerslag vallen.
32 Uit het zuidwesten.
33 Nederland ligt vlakbij de grens tussen de noordoostelijke stroming, die koude poollucht onze kant op blaast, en de zuidwestelijke stroming (zie afbeelding 23 in je leeropdrachtenboek). Bovendien ligt Nederland aan zee, waardoor bij een westelijke stroming weersomstandigheden ontstaan die bij een zeeklimaat horen, terwijl bij een oostelijke stroming de lucht over het continent komt en daardoor de weersomstandigheden ontstaan die bij een landklimaat horen.
34 De zonnestraling verwarmt de aarde en de verwarmde aarde geeft haar energie af aan de lucht, die daardoor gaat bewegen. Uiteindelijk komt de energie dus van de zon.
35 a Uit het noordoosten (zie afbeelding 23 in je leeropdrachtenboek).
b Uit het zuidoosten (zie afbeelding 23 in je leeropdrachtenboek).
36 De meeste bewolking zal ontstaan op plekken waar de lucht stijgt. Dat is rond de evenaar het geval en rond 60° NB en ZB.
+37 a Ten noorden van de evenaar is de zonnestraling het sterkst rond 21 juni. In die tijd zal daar de regentijd vallen, dus als het in Nederland lente en zomer is.
b Ten zuiden van de evenaar is de zonnestraling het sterkst rond 21 december. In die tijd zal daar de regentijd vallen, dus als het in Nederland herfst en winter is.
6 Opwarming van de aarde
38 a Door de inkomende zonnestraling.
b Doordat zij zelf warmte uitstraalt.
39 In de gebieden die het warmste zijn, dus vooral in de tropen.
40 a waterdamp (H2O), methaan (CH4) en koolstofdioxide (CO2) b broeikasgassen
41 Wolken reflecteren inkomend zonlicht, waardoor de aarde minder warmte ontvangt.
Wolken reflecteren ook de infrarode straling die de aarde uitstraalt, waardoor de aarde minder warmte verliest.
42 De hoeveelheid inkomende energie blijft hetzelfde. De uitgestraalde energie wordt door het versterkte broeikaseffect minder. Daardoor komt er netto extra energie, waardoor de aarde opwarmt. Door die opwarming gaat de aarde meer energie uitstralen, totdat er weer een evenwicht ontstaat tussen de inkomende energie en de uitgestraalde energie. Dit evenwicht ligt bij een hogere temperatuur dan zonder het versterkte broeikaseffect.
43 Methaan is ook een belangrijk broeikasgas. Als er meer methaan in de atmosfeer komt, zal dit het versterkte broeikaseffect nog verder versterken.
+44 Ten eerste is waterdamp zelf een broeikasgas. Als er meer waterdamp in de atmosfeer komt (bijvoorbeeld doordat de atmosfeer opwarmt), zal het versterkte broeikaseffect daardoor toenemen.
Ten tweede zullen er meer wolken ontstaan als er meer waterdamp in de atmosfeer zit. Door die bewolking worden de instraling van zonnewarmte en de uitstraling van de aarde verminderd. Het effect op de instraling is waarschijnlijk het grootst, zodat dit het versterkte broeikaseffect doet afnemen.
Daarnaast heeft het water een grote invloed op het klimaat door allerlei oceaanstromingen en kan water in de vorm van sneeuw ervoor zorgen dat de inkomende zonnestraling wordt gereflecteerd.
7 Straling in de atmosfeer
45 De straling die niet direct wordt doorgelaten, wordt gereflecteerd waardoor ze in de ruimte ‘verdwijnt’, of ze wordt door de atmosfeer geabsorbeerd waardoor de temperatuur toeneemt.
46 Het grootste deel van het zichtbare licht wordt doorgelaten.
47 a Door reacties met stoffen die vroeger in spuitbussen werden gebruikt en die nu nog in koelkasten worden gebruikt.
b Dan wordt de ultraviolette straling van de zon minder sterk geabsorbeerd. Deze ultraviolette straling is slecht voor mens, dier en plant en kan onder andere huidkanker veroorzaken.
48 a Bij de reacties O2 → 2 O en O3 → O2 + O wordt ultraviolet licht geabsorbeerd.
b Bij de reacties O2 + O → O3 en O3 + O → 2 O2 komt warmte vrij.
49 Het blauwe licht wordt al zo sterk afgebogen dat de lucht blauw lijkt. Het groene licht wordt alleen als de zon ondergaat (of opkomt) sterk genoeg afgebogen om apart van de zon te zien.
50 a Er komt geen straling die door de atmosfeer is verstrooid uit andere richtingen dan van de zon of de sterren, dus de rest van de hemel is zwart.
b De rode kleur van de opkomende of ondergaande zon wordt veroorzaakt door de verstrooiing in de atmosfeer. Op de maan is geen atmosfeer en zal de opkomende of ondergaande zon dus niet rood worden.
51 Ultraviolette straling wordt omgezet in warmte.
+52 Tussen de 15 en de 20 km hoogte zorgt de ozonlaag al wel voor opwarming van de atmosfeer, maar die opwarming is kleiner dan de afname van de temperatuur met hoogte.
53 eindopdracht – Variabele temperaturen
a Op 7 februari 2012 lagen er hogedrukgebieden boven Scandinavië. Door het Corioliseffect draait de lucht op het noordelijk halfrond met de klok mee om zo’n hogedrukgebied. Voor Nederland had dat tot gevolg dat de wind uit het noordoosten kwam. Dat betekent dat er over land koude lucht uit het noorden over Nederland heen stroomde, met als gevolg dat het erg koud werd in Nederland.
b Op 23 februari 2012 lag er een lagedrukgebied boven Scandinavië en een hogedrukgebied net ten noorden van Spanje. Door het Corioliseffect draait de lucht op het noordelijk halfrond tegen de klok in om een lagedrukgebied en met de klok mee om een hogedrukgebied. Daardoor ontstond er boven Nederland een westelijke stroming. Ten westen van Spanje kwam de stroming zelfs meer uit het zuiden. Er kwam lucht over de oceaan naar Nederland en aangezien in de winter het oceaanoppervlak minder koud is dan het landoppervlak, werd het in Nederland warmer.
c Als het heel helder is, schijnt overdag de zon en komt er daardoor meer stralingswarmte binnen.
Tegelijkertijd wordt de door de aarde uitgestraalde infrarode straling niet tegengehouden, waardoor er warmte verdwijnt. In de winter staat de zon laag aan de hemel en is het niet zo lang licht, waardoor het effect van de extra uitstraling veel groter is dan de extra binnenkomende stralingswarmte van de zon. In totaal gaat er daarom meer warmte verloren dan dat er extra binnenkomt, waardoor het kouder wordt. In de zomer is dit net andersom.
d Er zijn twee verschillende theorieën die dit voorspellen. De eerste theorie is dat door het smelten van de ijskap bij de Noordpool er veel koud zoet water komt in het noordelijk deel van de Atlantische Oceaan.
Daardoor worden de oceaanstromingen verstoord en zou de Golfstroom, een oceaanstroming die warmte vanuit het Caraïbisch gebied naar West-Europa vervoert, minder sterk kunnen worden. Het gevolg daarvan zou zijn dat het (tijdelijk) kouder zou worden in West-Europa.
De andere theorie zegt dat door de opwarming in het Noordpoolgebied de windstromingen anders komen te liggen. De grens die rond de 60° NB ligt tussen een noordoostelijke stroming en een zuidwestelijke stroming (afbeelding 23 in je leeropdrachtenboek) zou niet als een rechte lijn liggen maar een aantal slingers krijgen. Boven West-Europa zou de grens verder naar het zuiden komen te liggen, waardoor Nederland overwegend wind uit het noordoosten zou krijgen en daardoor sterk zou afkoelen.
Auteurs:
Alle rechten voorbehouden. Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd, opgeslagen in een geautomatiseerd gegevensbestand, of openbaar gemaakt, in enige vorm of op enige wijze, hetzij elektronisch, mechanisch, door fotokopieën, opnamen, of enige andere manier,zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de uitgever.
Voorzover het maken van kopieën uit deze uitgave is toegestaan op grond van artikel 16b Auteurswet 1912 j° het Besluit van 20 juni 1974, St.b.351,
zoals gewijzigd bij het Besluit van 23 augustus 1985 St.b.471, en artikel 17 Auteurswet 1912, dient men de daarvoor wettelijk verschuldigde vergoedingen te voldoen aan Stichting Reprorecht (Postbus 3051, 2130 KB Hoofddorp). Voor het overnemen van gedeelte(n) uit deze uitgave in bloemlezingen,readers en andere compilatiewerken (artikel 16 Auteurswet 1912) dient men zich tot de uitgever te wenden.
© Malmberg ’s-Hertogenbosch.