Gå til hovedindhold

Læg arm med lungerne

Hvorfor mon?

  • Har du nogensinde tænkt over, hvordan man suger luft ned i lungerne?
  • Har du nogensinde tænkt over, hvordan man kan puste luft ud af lungerne igen

Inden du starter

Det kan du bruge:

  • En tom 1,5 liters sodavandsflaske
  • To meter gennemsigtig plastikslange. Den må ikke være tykkere end at den kan komme ned i sodavandsflasken
  • En limpistol
  • En boremaskine
  • En sprittusch (eller evt. en lille elastik)
  • Sprit til at desinficere slangen med
  • Evt. frugtfarve

Pris pr. forsøg:
5 kr.

Sikkerhed:
Læreren bør bore hullerne i skruelågene - ellers skal forsøget laves med en lærer. Man skal dog passe på, da limen bliver varm.

Tip til indkøb:
Brug genbrugsflasker. Limpistol og slanger kan købes i et byggemarked og genbruges efter forsøget.

Sådan gør du

  1. Bor et hul i skruelåget til sodavandsflasken. Det er smartest at bore for med et meget tyndt bor.

  1. Put slangen ned gennem hullet i skruelåget, således at slangen kan nå næsten helt ned i bunden af flasken.

  1. Lim kanten mellem skruelåget og slangen, så det holder helt tæt. Vær forsigtig, når du håndterer limpistolen. Lim både i bunden og toppen af skruelåget.

  1. Hæld vand i flasken, så den er ca. halvt fyldt. Tilsæt evt. lidt frugtfarve, så du bedre kan se vandet. Flasken skal stå op i forsøget.
  2. Hold slangen så den peger lodret op. Der skal være mindst 1 meter lodret slange over vandoverfladen i flasken.

  1. Nu skal du puste alt hvad du kan ned i flasken. Når du holder op med at puste, vil vandet stige op igennem røret. Sæt en streg med sprittuschen på slangen, der hvor vandet nåede op til. Eller markér med en lille elastik.
  2. Jo højere det stiger op, jo hårdere har du pustet. Hvem kan puste hårdest? (husk at spritte slangen af mellem hver tur, eller klip det yderste af)

Har du tætnet kapslen og slangen rigtig godt, er det nødvendigt at lukke luft ud af flasken, hver gang der er blevet pustet.

Se instruktionsvideo her:

Hvad tror du?

  • Hvorfor stiger luften op igennem slangen?
  • Hvorfor stiger luften højere op hvis man puster hårdere?
  • Hvad sker der hvis man fylder mere vand i flasken? Kan man så få vandet til at stige endnu højere op?
  • Hvordan skal man træne hvis man gerne vil blive bedre til at puste hårdt?
  • Hvem i klassen kan puste vandet højst op?
  • Tror du der er forskel på drenge og piger?
  • Prøv at lave et stort skema, hvor I kan se de højder i trykker vandsøjlen op i

Forklaring

I flasken er der væske og luft. Den luft, der pustes ned i flasken, skaber et overtryk. Når man holder op med at puste, vil overtrykket udligne sig - altså forsøge at skabe samme tryk som uden for flasken. Det gør overtrykket ved at skubbe til vandet i flasken og presse det op gennem slangen. Jo højere lufttrykket er inde i flasken, des større tryk vil det kunne presse vandet op med. Vandet stopper med at stige, når trykket fra vandet i slangen er det samme som trykket i flasken.

Det gennemsnitlige tryk ved havniveau er 1 atmosfære. Det skrives 1 atm.

Man kan beregne det tryk, som lungerne har udøvet, ud fra vandsøjlens højde.

Vandsøjletrykket (P) er givet ved P=ρ · g · h.

Hvor ρ (rho) er massefylden af vand (1000 kg/m3)

g er tyngdeaccelerationen (9,82 m/s2 i Danmark)

h er højden angivet i meter, vandet i slangen befinder sig over vandsøjlen.

Trykket man får ud her, måles i pascal (Pa). SI-enheden for tryk er Pascal (Pa). Atmosfærens tryk (1 atm) er 101325 Pa.

Får man fx trykket i vandsøjlen 1 meter op, har man skabt et tryk på P = ρ · g · h

P = (1000 kg/m3) · (9.80 m/s2) · 1 m = 9800 Pa.

Hvis vi vil omregne til enheden atm kan vi gøre således:

At vi kan gøre denne tilnærmelse, nemlig at lufttrykket fra lungerne er lig med vandsøjlens højde, er fordi vi antager, at det volumen, som luften udvider sig med (og dermed taber tryk) ved at skubbe vand ud af slangen, er meget lille sammenlignet med det volumen, vi genererer overtryk i. Det er måske lettere at se, hvis vi sammenligner de to ekstreme tilfælde, 1) næsten ingen vand i flasken og 2) næsten kun vand i flasken.

  1. Ved næsten ingen vand i flasken, vil det være SVÆRT at opbygge et højt tryk, fordi man skal puste meget luft ned i det store luftvolumen, før trykket stiger. Til gengæld vil trykket næsten ikke falde, når vandet presses ud.
  2. Ved næsten kun vand i flasken, vil det være LET at opbygge tryk i flasken, da man kun skal puste en smule luft derned før trykket stiger, idet volumenet er meget lille. Til gengæld vil trykket falde meget hurtigt, når vandsøjlen får luftvolumenet til at stige.

En mellemting mellem disse to grænsetilfælde er bedst. Præcis hvor meget, må man finde frem til ved at eksperimentere. Men skal man sammenligne med kammerater i klassen er det blot vigtigt at vandmængden er konstant. Ydermere er det meget vigtigt, at slangen står lodret, da vandet ellers vil presses alt for langt ud af slangen.

Først udregnes det relative tryk: (9800 Pa) / (101325 Pa / atm) ~ 0.1 atm.

Det kalder man for det relative tryk, fordi det samlede tryk, skal have atmosfærens tryk lagt oven i. Testpersonens lunger har altså kunnet danne et tryk på: normalt tryk + relativt tryk.

Dette svarer til 1 atm + 0,1 atm = 1.1 atm, hvis personen har fået vandsøjlen ca. 1 meter op.

Den samlede formel for vandsøjletrykket lyder derfor:

P = 1 atm + ((1000 kg/m3) · (9,82 m/s2)·h) / (101325 Pa/atm)

Temarelation
Tit ved man godt, hvem der er den stærkeste i klassen, hvis man skulle lægge arm. Men man kunne også måle på en anden måde: Hvem har de stærkeste lunger? Det er ikke noget man umiddelbart kan se på folk, ligesom man kan se på størrelsen af en overarm. Derfor viser dette forsøg noget af alt det, vi ikke ved!