Springen naar inhoud

[fysica] Opwaartse kracht van een bel in water onder hoek


  • Log in om te kunnen reageren

#1


  • Gast

Geplaatst op 02 november 2006 - 15:24

Ik heb een leerlingenproef gehad over de eenparige rechtlijnige beweging. We moesten de snelheid van een luchtbel onderzoek in een buis die gevuld was met een vloeistof. Eerst moesten we de snelheid vinden van de luchtbel als de buis verticaal stond(90°). Daarna onder een hoek van 15°, 30° en 45°. Het resultaat was dat de luchtbel het traagst ging onder een hoek van 15° graden, daarna verticaal, daarna 30° en 45°. Nu is mijn vraag hoe het komt dat de luchtbel het snelst gaat bij 45° en het traagst bij 15°. Ik dacht dat het komt door de stuwkracht en wrijving die verschilt onder de verschillende hoeken.

Edit mod: Strangequark, doe alsjeblieft in het vervolg de vaknaam voor je topic titel en maak een wat begrijpelijkere topic titel. Mensen zijn dan eerder geneigd je te helpen en het blijft wat overzichtelijker. Een beetje zoals bijna alle andere topic titels onder deze. :)

Dit forum kan gratis blijven vanwege banners als deze. Door te registeren zal de onderstaande banner overigens verdwijnen.

#2

Cycloon

    Cycloon


  • >1k berichten
  • 4810 berichten
  • VIP

Geplaatst op 02 november 2006 - 15:26

Volgens mij heeft het te maken met de zwaartekracht die aangrijpt op de vloeistof.

#3

Jan van de Velde

    Jan van de Velde


  • >5k berichten
  • 44820 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 02 november 2006 - 15:32

ivm met die wrijving, iets opgemerkt over de vorm van de luchtbel? :)
En al eens nagedacht over de gevolgen daarvan op de "A" in de formule voor de wrijvingskracht? ;)
En dus over de gevolgen op Fw? :)

Voor de wrijvingskracht geldt Fw = 1 / 2 * Cw * ρ * A * v²

Cw is een factor afhankelijk van de vorm,
A is het opp van de doorsnede,
ρ de dichtheid van het medium waar een en ander doorheen beweegt.
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

#4


  • Gast

Geplaatst op 02 november 2006 - 15:36

Die formule over de wrijvindskracht hebben nog niet eens gezien in de lessen van de fysica, dus zal ik het op een andere mannier moeten verklaren.

#5


  • Gast

Geplaatst op 02 november 2006 - 15:47

Maar de bel veranderde idd van vorm, maar ik heb er niet echt op gelet welke vorm hij had.

#6

Jan van de Velde

    Jan van de Velde


  • >5k berichten
  • 44820 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 02 november 2006 - 20:02

Net als bij een fietser op een heling zal de bel bij een steilere helling ook een grotere (Archimedes)kracht-component in hellingrichting kennen, en dus in hellingrichting versnellen.
Recht omhoog zou dus snelst moeten zijn, maar hé, uit jouw experiment blijkt dat recht omhoog bijna het traagst is.

Maar als we de wrijving buiten beschouwing zouden moeten laten, dan is heel die 90-gradenmeting niet te verklaren

Ik wed dat hij in vlakkere standen van de buis langwerpiger was, en op het verticale geval na tegen de wand van de buis zat "geplakt".
Effect: Er hoeft niet zo heel veel water opzij geduwd te worden, je krijgt een geringere weerstandskracht. Tótdat de bel loslaat van de wand. Dan inééns veel weerstand, en een dramatische daling in snelheid.

Nou lijkt dit erg dramatisch, maar je hebt geen metingen gedaan (althans dat maak ik op uit je bericht) met hellingen van 70 en 80 en 85 % om dit drama te relativeren. Je houdt al op bij hellingen waarbij de bel nog steeds goed langs de wand schuift, en dan ga je voor de lol nog eens kijken bij een verticale stand.
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

#7

StrangeQuark

    StrangeQuark


  • >1k berichten
  • 4160 berichten
  • VIP

Geplaatst op 02 november 2006 - 21:22

Ik had het ook andersom verwacht, in ieder geval lijkt het mij een foute meting dat het niet lineair is. Dus dat 15 slechter dan helemaal zou zijn en 30 beter dan beide. Het zal iig op volgorde moeten liggen, denk ik. Ligt de tijd van 15 graden en recht omhoog erg dicht bij elkaar? Dan zou ik een meetfout verwachten. (Is intuitie dit)
De tekst in het hierboven geschreven stukje kan fouten bevatten in: argumentatie, grammatica, spelling, stijl, biologische of scheikundige of natuurkundige of wiskundige feiten kennis. Hiervoor bied StrangeQuark bij voorbaat zijn excuses aan.

#8

Jan van de Velde

    Jan van de Velde


  • >5k berichten
  • 44820 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 02 november 2006 - 22:43

Ik verwacht hem juist helemaal niet lineair, want die wrijving speelt een rol, en die is absoluut niet lineair. En ik denk dat die wrijving fors oploopt zodra de bel min of meer rechtstandig omhoog moet. Bovendien zal die bel langs de wand zo goed als geen wrijving kennen of turbulentie veroorzaken. En hoe steiler de buis, hoe meer hij van de wand loslaat.

Ik verwacht iets als volgt:
Geplaatste afbeelding

Waar dat omslagpunt (maximum) gaat liggen, geen idee, dat zal volgens mij ook sterk afhangen van de grootte van de bel t.o.v. de doorsnede van de buis. Maar iets dergelijks gaat dat zijn. En in het begin (v.a. 0°) verwacht ik wel degelijk die S-vorm.

Nog redenen waarom hij niet lineair gaat zijn:
De cosinus is niet lineair, en daarmee berekenen we de netto component van de opwaartse kacht in de bewegingsrichting;
De wrijving neemt kwadratisch toe met de snelheid, waardoor de bel hoe dan ook, als de buis lang genoeg is, ergens een maximum-snelheid gaat bereiken. Analoog aan de maximumsnelheid waarmee een muntje vanaf een toren op straat kan vallen.
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

#9

StrangeQuark

    StrangeQuark


  • >1k berichten
  • 4160 berichten
  • VIP

Geplaatst op 02 november 2006 - 23:06

Ik drukte me stompzinnig uit. Ik verwacht ook niet dat het lineair gaat, ik bedoelde meer dat ik een lijn in de uitkomsten verwachte, waar er geen lokaal maximum is zoals in jouw grafiek. Ik bedoelde dus dat antwoord 1 lager zal zijn dan 2, en 2 lager dan 3 enz. enz. Niet dat het ergens een piek heeft.

Stom uitgedrukt en intuitie, dus niet echt relevant.
De tekst in het hierboven geschreven stukje kan fouten bevatten in: argumentatie, grammatica, spelling, stijl, biologische of scheikundige of natuurkundige of wiskundige feiten kennis. Hiervoor bied StrangeQuark bij voorbaat zijn excuses aan.

#10


  • Gast

Geplaatst op 03 november 2006 - 11:16

Het kan zijn dat ik idd een meetfout heb gemaakt en dat het bij 15° het sneller gaat dan bij 90°. Maar ik heb aan een medeleerling gevraagt wat hij uitkwam en zijn luchtbel ging het traagst bij 15°. Maar als je naar die grafiek kijkt zie je dat de luchtbel ook trager kan gaan onder een kleine hoek.
Dus als de hoek kleiner wordt, wordt de weerstand ook kleiner waardoor de bel normaal gezien sneller moet gaan. Maar doordat de stuwkracht minder zal zijn in die richting, gaat de bel trager. Is dit nu juist wat ik zeg of zit ik er naast?

#11

Jan van de Velde

    Jan van de Velde


  • >5k berichten
  • 44820 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 03 november 2006 - 20:02

Dus als de hoek kleiner wordt, wordt de weerstand ook kleiner waardoor de bel normaal gezien sneller moet gaan.

Nee, een wrijving is geen actieve kracht. Het klinkt misschien lullig, maar je mag niet zeggen dat door een lagere wrijving een snelheid groter wordt. Je mag wel zeggen dat door een lagere wrijving een snelheid minder lager wordt. 8) Een belangrijk verschil.


Hoe kleiner de hoek, hoe kleiner de component van de opwaartse kracht in de bewegingsrichting, hoe kleiner de versnelling in de bewegingsrichting. Hoe kleiner de hoek, hoe kleiner de nettokracht van die opwaartse kracht, hoe kleiner de versnelling, hoe kleiner de gemiddelde snelheid.
Die kracht is constant onder een bepaalde hoek, en je kunt met goniometrie makkelijk het verband uitrekenen tusssen hoek en netto opwaartse kracht. Dat kun je netjes in een grafiek zetten, dat wordt eigenlijk een stukje van een sinuscurve.

(dat was de actieve kracht)

Hoe kleiner de hoek, hoe kleiner de doorsnede van de bel dwars op de bewegingsrichting, hoe kleiner de totale weerstandscoëfficient. (overigens ook geen lineair verband, want de oppervlaktespanning speelt een rol)

Hoe kleiner de hoek, hoe lager de gemiddelde snelheid, hoe lager de gemiddelde wrijvingskracht. Arbeid = kracht x afstand, afstand constant, kleinere wrijvingskracht ==> minder negatieve arbeid uitgeoefend, dus minder snelheidsverlaging. (en dat is maar goed ook, want die was toch al laag :) )

En dan komen bij die steilere hoeken ineens heel andere effecten om de hoek kijken. Daar wordt de wrijvingskracht en daarmee de snelheidsverlaging duidelijk beduidend sterker. En dat komt waarschijnlijk door een forse verandering in de vorm van de bel en daarmee in de Cw waarde en de A (dwarsdoorsnede) van de bel. Toch zeker als daar bovenop de doorsnede van de bel niet verwaarloosd mag worden t.o.v. de doorsnede van de buis.

Geplaatste afbeelding

En als je nou je werkelijke grafiek pakt en daar die berekenbare sinuscurve aftrekt, dan zie je wat onder elke hoek de werkelijke wrijvingskracht was, geïntegreerd over het hele traject, want die kracht is ook afhankelijk van het kwadraat van de snelheid op elk moment, en die is dus níet constant over de lengte van de pijp..

Het geheel is een veel te ingewikkeld proces om in een simpel formuletje te kunnen vangen. :)
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

#12


  • Gast

Geplaatst op 03 november 2006 - 21:40

Ik denk dat ik het nu begrijp, het is wel moeilijker dan dat het er uitziet :)

#13

Jan van de Velde

    Jan van de Velde


  • >5k berichten
  • 44820 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 03 november 2006 - 21:51

Als die opstelling nog beschikbaar is zou ik het wel eens leuk vinden wat betere waarnemingen te krijgen over:
-de vorm van de bel bij verschillende hoeken
-de (geschattte) doorsnee van de bel onder verschillende hoeken t.o.v de doorsnee van de buis

En dan metingen van 0-90° met stapjes van 5° of zo, met wat extra metingen tussen 0 en 5° en wat extra metingen rondom de hoek waarbij de bel van de wand begint los te laten.

Nog leuker wordt het als je een wat grotere en een wat kleinere bel in dezelfde buis kan pakken en daar dezelfde metingen op uitvoert. :)
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





0 gebruiker(s) lezen dit onderwerp

0 leden, 0 bezoekers, 0 anonieme gebruikers

Ook adverteren op onze website? Lees hier meer!

Gesponsorde vacatures

Vacatures