[fysica] vat met een gat

Moderators: ArcherBarry, Fuzzwood

Reageer
Berichten: 703

[fysica] vat met een gat

Emveedee, gefeliciteerd !!

Deze topic is door de gebruikers van Wetenschapsforum genomineerd als



Voor natuurkunde was ik wat aan het oefenen voor mijn examen, ik kom niet helemaal uit deze opgave over drukken.

Gegeven is de volgende situatie:
Vat_met_gat.PNG
Vat_met_gat.PNG (5.32 KiB) 1268 keer bekeken
Een rond vat (hoogte 1m, doorsnede 1m) is gevuld met water. Op een bepaald punt wordt een gaatje in het vat geprikt. De afstand van dit gat tot de grond noemen we h. Bereken voor welke waarde van h het water zo ver mogelijk uit het vat spuit.

Ik dacht zelf zo:

Valtijd:

Voor de valversnelling gebruik ik voor de eenvoud 10m/s^2.
\(s = \frac{1}{2}\times a \times t^2 = 5\times t^2\)
s is hierin gelijk aan de hoogte h.

De afstand x die het water dan aflegt is dan:
\(s_{hor} = v \times t\)
\(s_{hor} = v \times \sqrt{\frac{h}{5}}\)
Waar ik echter niet uitkom is hoe ik v bereken. Het drukverschil bij het gaatje is (denk ik) gelijk aan de statische druk op die hoogte, buiten het vat heerst namelijk gewoon de atmosferische druk.
\(\rho \times g \times (1-h)\)
Ik zie alleen niet hoe ik hier dan de snelheid uit kan afleiden?

Als dat lukt is de opgave verder simpel, als het goed is krijg je een kwadratische vergelijking van s als functie van h, afgeleide aan nul gelijk stellen en uitrekenen.

Berichten: 4.246

Re: [fysica] vat met een gat

Je moet Bernouilli gebruiken en dan de formule voor een horizontale rechtlijnige beweging.
Quitters never win and winners never quit.

Berichten: 703

Re: [fysica] vat met een gat

De wet van Bernoulli luidt:
\(\frac{1}{2}\rho \times v^2 + \rho \times g \times h + p = constant\)
Maar ik snap niet waar ik alle gegevens vandaan moet halen. Wat moet ik gebruiken voor p, en wat voor de constante?

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 51.270

Re: [fysica] vat met een gat

Bernoulli hier versimpeld:

Het verschil tussen vloeistofniveau en gat (1-h) is bepalend voor wat een druppel uitstromend water met massa m aan zwaarte-energie m·g·(1-h) verliest. De kinetische energie ½·m·v² is wat een druppel met massa m daarvoor terugkrijgt.

Een vergelijking voor v valt op te stellen denk ik als ik je hierboven zo bezig zie.
ALS WIJ JE GEHOLPEN HEBBEN...
help ons dan eiwitten vouwen, en help mee ziekten als kanker en zo te bestrijden in de vrije tijd van je chip...
http://www.wetenscha...showtopic=59270

Berichten: 3

Re: [fysica] vat met een gat

Jan van de Velde schreef:Bernoulli hier versimpeld:

Het verschil tussen vloeistofniveau en gat (1-h) is bepalend voor wat een druppel uitstromend water met massa m aan zwaarte-energie m·g·(1-h) verliest. De kinetische energie ½·m·v² is wat een druppel met massa m daarvoor terugkrijgt.

Een vergelijking voor v valt op te stellen denk ik als ik je hierboven zo bezig zie.
Over de versimpelde Bernoulli dan maar:
\(mg(1-h)=\frac{1}{2}mv^2\)
\(g(1-h)=\frac{1}{2}v^2\)
\(v^2=2g(1-h)\)
\(v=\sqrt{2g(1-h)}\)
Heb je hier iets aan?

Zoals gezegd: voor elke Joule aan zwaarte-energie die een waterdruppel verliest krijgt het die Joule terug in kinetische energie. Dit is natuurlijk versimpeld, geen rekening gehouden met o.a. wrijving

Berichten: 703

Re: [fysica] vat met een gat

Als ik die 2 energieën gelijkstel krijg ik:
\(m \times g \times (1-h) = \frac{1}{2} m \times v^2\)
\(g \times (1-h) = \frac{1}{2} v^2\)
\(v^2 = 2g \times (1-h)\)
\(v = \sqrt{2g-2gh} = \sqrt{20-20h}\)
Daaruit volgt dan:
\(s_{hor} = \sqrt{20-20h} \times \sqrt{\frac{h}{5}}\)
\(s_{hor}^2 = \frac{(20-20h)\times h}{5} = 4h-4h^2\)
\(s_{hor} = \sqrt{4h-4h^2} = ({4h-4h^2})^{\frac{1}{2}}\)
\(s'_{hor} = \frac{1}{2} \times ({4h-4h^2})^{-\frac{1}{2}} \times (4-8h)\)
\(s'_{hor} = \frac{2-4h}{\sqrt{4h-4h^2}} = 0\)
\(4h = 2\)
\(h= \frac{1}{2}\)
Dat snap ik wel, maar ik zie nog de relatie met Bernoulli niet. Zou dit ook met de wet van Bernoulli berekend kunnen worden dan?

P.s. ik zat net te typen tijdens sjoerdos' bericht ;)

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 51.270

Re: [fysica] vat met een gat

Zou dit ook met de wet van Bernoulli berekend kunnen worden dan?
heb je (we) zojuist gedaan ;)

Bernoulli:
\(\frac{1}{2}\rho \times v^2 + \rho \times g \times h + p = constant\)
wet van behoud van energie:
\(\frac{1}{2}m \times \Delta v^2 + m \times g \times \Delta h = 0 \)
valt je enige overeenkomst op?
ALS WIJ JE GEHOLPEN HEBBEN...
help ons dan eiwitten vouwen, en help mee ziekten als kanker en zo te bestrijden in de vrije tijd van je chip...
http://www.wetenscha...showtopic=59270

Berichten: 4.246

Re: [fysica] vat met een gat

valt je enige overeenkomst op?
Ja dit:

http://nl.wikipedia.org/wiki/Wet_van_Torricelli ;)
Quitters never win and winners never quit.

Berichten: 703

Re: [fysica] vat met een gat

Toch nog even anders proberen:
\(\frac{1}{2}\rho \times v_1^2 + \rho \times g \times h_1 + p_1 = \frac{1}{2}\rho \times v_2^2 + \rho \times g \times h_2 + p_2\)


De dichtheid is in en buiten het vat hetzelfde dus die kan ik wegstrepen:
\(\frac{1}{2}v_1^2 + g \times h_1 + p_1 = \frac{1}{2} v_2^2 + g \times h_2 + p_2\)


In het vat staat het water stil lijkt me, dus
\(\frac{1}{2}v_1^2\)
valt weg, en erbuiten is er geen statische druk, dus
\(\rho \times h_2\)
valt ook weg:
\(g \times h_1 + p_1 = \frac{1}{2} v_2^2 + p_2\)


Ik snap alleen nog niet goed wat ik met die drukken aanmoet. Welke druk is p1 en welke p2?

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 51.270

Re: [fysica] vat met een gat

Welke druk is p1 en welke p2?
Laten we dat voor de gelegenheid eens even vertalen met externe druk....... De druk die van buitenaf op de vloeistof wordt uitgeoefend.
ALS WIJ JE GEHOLPEN HEBBEN...
help ons dan eiwitten vouwen, en help mee ziekten als kanker en zo te bestrijden in de vrije tijd van je chip...
http://www.wetenscha...showtopic=59270

Berichten: 703

Re: [fysica] vat met een gat

Ah zo. En dan is het hoogteverschil daarbij te verwaarlozen neem ik aan (omdat de dichtheid van lucht veel kleiner is dan die van water)?

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 51.270

Re: [fysica] vat met een gat

Ja, laten we het verschil in statische luchtdruk over 1 m hoogte maar verwaarlozen. Dat is zó standaard dat ik daar niet eens aan had gedacht. ;) .
ALS WIJ JE GEHOLPEN HEBBEN...
help ons dan eiwitten vouwen, en help mee ziekten als kanker en zo te bestrijden in de vrije tijd van je chip...
http://www.wetenscha...showtopic=59270

Reageer