Icon up Overzicht

Tomaten onder de mist (Exaktueel)

Onderwerp: Gas en vloeistof, Kracht en beweging, Thermische processen

Een opgave van de redactie van Stichting Exaktueel. Op basis van artikelen in de media worden opgaven gemaakt die aansluiten bij het natuurkunde-onderwijs in het voortgezet onderwijs.

Misschien heb je het zelf al gezien: een buis boven de verse groenten bij de plaatselijke Albert Heijn en die buis spuit een mistlaag over de groente heen. Je zult je wel afgevraagd hebben waar dat goed voor is. Bij navraag bij ons plaatselijk filiaal kreeg ik als antwoord dat dat de groente vers hield en dat de groente dan niet in plastic verpakt hoeft te worden. Hoe dat zo?  Een journalist van de NRC deed er onderzoek naar en zijn verslag stond in de krant van 30 november 2019.

Ook bij de NOS was het in het nieuws. Kijk maar:

De mist bestaat uit superkleine druppeltjes water van maximaal één duizendste millimeter diameter.

a) Laat met een berekening zien dat de massa van zo’n druppeltje water 5,2 . 10-16 kg is.

Door hun massa vallen de druppeltjes omlaag en door luchtwrijving worden ze weer afgeremd. De druppeltjes krijgen dan een constante snelheid.

b) Leg uit waarom de druppeltjes een constante snelheid krijgen.

De druppeltjes krijgen een constante snelheid wanneer de wrijvingskracht even groot wordt als de zwaartekracht op de druppeltjes. De wrijvingskracht heeft volgens BINAS de formule:

    

waarbij cw de zogenaamde wrijvingscoëfficiënt is, ρ de dichtheid van lucht, v de snelheid waarmee het druppeltje valt en A het frontale oppervlak van het druppeltje. cw is in dit geval ongeveer 1 en A is in het geval van een bolvormig druppeltje πr2.

c) Toon aan dat de snelheid waarmee de druppeltjes vallen, op deze manier berekend, ongeveer 10 cm/s is.

In werkelijkheid blijkt de snelheid van de druppeltjes niet boven de 1 cm/s uit te komen

d) Bedenk minimaal 2 mogelijke redenen waarom de berekende snelheid veel hoger  is.

e) Maak een schatting van de afstand tussen de buis en de groenten.

f) Hoe lang doet een druppeltje met de snelheid van 1 cm/s erover om de groenten te bereiken?

Temperatuurverlaging                               

Die ‘dry mist’ heeft een tweevoudig doel: op de eerste plaats gaat het om temperatuurverlaging en op de tweede plaats  om uitdrogen van de groenten tegen te gaan.                                                  

We gaan hier alleen naar die temperatuurverlaging kijken.

Voor het verdampen van de druppeltjes water is warmte nodig en die warmte komt uit de lucht in de omgeving. Daardoor daalt de temperatuur van de lucht eromheen. Om 1,0 kg water te laten verdampen bij normale omstandigheden is 2,26 . 106 J nodig.                                                                               

g) Toon aan dat de hoeveel joule die nodig is om één druppeltje te laten verdampen 1,2 . 10-9 J is

Het lijkt niet veel, maar er zijn natuurlijk enorm veel druppeltjes en die energie wordt onttrokken aan de lucht om de druppeltjes heen. De temperatuurdaling kan volgens de fabrikant wel 5 °C bedragen. Volgens het AH-filiaal van de foto hierboven is de temperatuurdaling ongeveer 1,5 °C.

h) Bereken hoeveel  druppeltjes er nodig zijn om een temperatuurdaling van 5°C te krijgen als je de hoeveelheid lucht boven de groenten schat op 3 m3

i) Bereken hiermee de massa van het water dat verdampt.

j) Geef mogelijke verklaringen voor het tussen de door de fabrikant opgegeven waarde van de temperatuurverschil en de waarde bij AH.