Proefbuis in centrifuge

Moderators: ArcherBarry, Fuzzwood

Reageer
Berichten: 412

Proefbuis in centrifuge

Hallo!
Een proefbuis wordt in een centrifuge rondgeslingerd met een hoeksnelheid ω. De proefbuis ligt langs de straal van de cirkelvormige beweging en het vrije oppervlak van de vloeistof ligt op straal
\(r_0\)
. Toon aan dat de druk op straal r in het buisje gegeven wordt door:
\(p = \frac{1}{2} \ro \omega^2(r^2 - r_0^2)\)
Ik heb de oplossing, maar zelfs met die erbij snap ik het niet helemaal.

Allereerst: ik ben toch correct als ik zeg dat het proefbuisje horizontaal gehouden wordt he?

Dan, de oplossing begint als volgt:
\(\sum F = m a\)
\(F_{opwaarts} - F_{neerwaarts} = dm a_c\)
\(p dS + dpdS = dm a_c + pdS\)
Eerst wordt er gezegd dat de som van de krachten gelijk is aan m.a, dat klopt want het systeem beweegt.

Vervolgens gaat men dat uitschrijven, en dan ben ik al niet meer mee. Opwaartse en neerwaartse kracht? Neerwaarts doordat de vloeistof tegen de achterkant van het proefbuisje gedrukt wordt? En opwaarts omdat de vloeistof "terugdrukt" of zo? En dm, verdeelt men de vloeistof in minideeltjes? Ik veronderstel dat
\(a_c\)
voor centrifugaalversnelling staat.

En dan... tja, dan ben ik al helemaal niet meer mee.

Zou iemand me kunnen uitleggen wat bedoeld wordt met die opwaartse en neerwaartse kracht?
Vroeger Laura.

Berichten: 412

Re: Proefbuis in centrifuge

Oei, zonet gezien dat ik in LaTeX \rho als \ro geschreven heb, waardoor ro niet weergegeven wordt...

Het enige wat verandert is in de opgave, die vergelijking onderaan wordt:
\(p = \frac{1}{2} \rho \omega^2(r^2 -r_0^2)\)
Vroeger Laura.

Re: Proefbuis in centrifuge

naamloos.GIF
naamloos.GIF (1.5 KiB) 546 keer bekeken
Vergeef me als ik mijn eigen afleiding geef. Hij is echt mega simpel. Welk krachten evenwicht krijg je? In DV-vorm? Stel de dichtheid omega, en de dikte van het plakje dr.

Berichten: 412

Re: Proefbuis in centrifuge

bessie schreef:[attachment=6182:naamloos.GIF]

Vergeef me als ik mijn eigen afleiding geef. Hij is echt mega simpel. Welk krachten evenwicht krijg je? In DV-vorm? Stel de dichtheid omega, en de dikte van het plakje dr.
Simpel? Oké, ik vind simpele dingen leuk! ;)

Eerst: dat rechthoekje, is dat een deel van dat proefbuisje? Dus zo:
oef.jpg
oef.jpg (4.83 KiB) 544 keer bekeken
Je hebt de middelpuntvliedende kracht, m.a, je hebt de vloeistof die voor het plakje zit en op het plakje drukt. (r - dr).2.pi.omega is de massa van dat stukje, maal de versnelling geeft dat dus de kracht die uitgeoefend wordt op het plakje. En je hebt dan nog het plakje dat op de vloeistof achter het plakje drukt, en dat duwt terug. Maar om daar iets over te kunnen zeggen moet je de lengte van het buisje weten?
Vroeger Laura.

Gebruikersavatar
Berichten: 2.609

Re: Proefbuis in centrifuge

Stel de dichtheid omega
Dat is gewoon verwarrend, waarom gebruik je niet gewoon rho zoals iedereen? omega is hier al de hoeksnelheid (ook volgens conventie)
Maar om daar iets over te kunnen zeggen moet je de lengte van het buisje weten?
Ik denk dat je vooral naar het gedeelte vloeistof moet kijken. En dat heeft een lengte van r-r0.

Re: Proefbuis in centrifuge

naamloos.GIF
naamloos.GIF (2.48 KiB) 546 keer bekeken
Hoho, nee de r is puur de afstand van het volume-elementje tot het middelpunt van de rotatie. De r van de buis heeft geen invloed op de druk. Elementje heeft volume A.dr
Xenion schreef:Dat is gewoon verwarrend, waarom gebruik je niet gewoon rho zoals iedereen? omega is hier al de hoeksnelheid (ook volgens conventie)

Ik denk dat je vooral naar het gedeelte vloeistof moet kijken. En dat heeft een lengte van r-r0.
@Xenion, Je hebt helemaal gelijk hoor, mijn grieks is nooit best geweest. Maar het tweede deel is niet juist.

@Laura, de dichtheid van de vloeistof is rho. Kun je nu de DV opstellen?

Gebruikersavatar
Berichten: 2.609

Re: Proefbuis in centrifuge

Maar het tweede deel is niet juist.
Kan je dat verduidelijken?

De opgave zegt:

De proefbuis ligt langs de straal van de cirkelvormige beweging en het vrije oppervlak van de vloeistof ligt op straal
\(r_0\)
.

De massa van het proefbuisje zelf wordt verwaarloosd, dus kijken we toch uiteindelijk alleen naar het volume vloeistof dat loopt van r0 tot r?

Re: Proefbuis in centrifuge

Xenion schreef:Kan je dat verduidelijken?

De opgave zegt:

De proefbuis ligt langs de straal van de cirkelvormige beweging en het vrije oppervlak van de vloeistof ligt op straal
\(r_0\)
.

De massa van het proefbuisje zelf wordt verwaarloosd, dus kijken we toch uiteindelijk alleen naar het volume vloeistof dat loopt van r0 tot r?
Zullen we even de DV van Laura afwachten Xenion?

Gebruikersavatar
Berichten: 24.578

Re: Proefbuis in centrifuge

Dat lijkt me een goed idee, zie in dat verband ook deze oproep.
"Malgré moi, l'infini me tourmente." (Alfred de Musset)

Berichten: 412

Re: Proefbuis in centrifuge

bessie schreef:[attachment=6184:naamloos.GIF]

Hoho, nee de r is puur de afstand van het volume-elementje tot het middelpunt van de rotatie. De r van de buis heeft geen invloed op de druk. Elementje heeft volume A.dr

@Xenion, Je hebt helemaal gelijk hoor, mijn grieks is nooit best geweest. Maar het tweede deel is niet juist.

@Laura, de dichtheid van de vloeistof is rho. Kun je nu de DV opstellen?
Ik zit nog ergens vast. De proefbuis draait rond die stippelijn aan de linkerkant he? Hoe komt het dan dat
\(m \omega^2 r\)
naar buiten gericht is? Is dat niet de middelpuntvliedende kracht?

En het elementje heeft dus niet de breedte van de volledige proefbuis he?
\(pA. - (p + dp)A = m \omega^2 r \)
Vroeger Laura.

Re: Proefbuis in centrifuge

Laura. schreef:Ik zit nog ergens vast. De proefbuis draait rond die stippelijn aan de linkerkant he? Hoe komt het dan dat
\(m \omega^2 r\)
naar buiten gericht is? Is dat niet de middelpuntvliedende kracht?

En het elementje heeft dus niet de breedte van de volledige proefbuis he?
\(pA. - (p + dp)A = m \omega^2 r \)
Ik heb inderdaad een middelpuntvliedende kracht introduceert, hoewel dat eigenlijk niet meer mag. Je kan ook gewoon zeggen dat de resultante van de drukkrachten een centripetale versnelling op moet leveren in de richting van r=0.

Of het elementje de volledige doorsnede van de proefbuis heeft is niet echt van belang. Als je maar een deeltje beschouwt met oppervlak A loodrecht op r gemeten.

Je DV is nu bijna juist maar bevat alleen een afgeleide links. In het rechterlid moet er ook één komen. Enig idee welke?

Bovendien moet je een teken omkeren als je mw^2r als kracht opvat. Immers het elementje moet in rust blijven, en in het geschetste geval werken pdA en mw^2r in dezelfde richting.

Stel je dat de drukkrachten de centripetale versnelling op moeten leveren dan moet je stellen
\((p+dp)A-pA = m \omega^2 r\)

Re: Proefbuis in centrifuge

\((p+dp)A-pA = m \omega^2 r = A.dr.\rho.\omega^2.r\)

\(dp =\rho.\omega^2.rdr\)

\(p-po=1/2 \rho \omega^2 (r^2-r_0^2)\)


Met p gedefinieerd als druk relatief de luchtdruk krijg je de som in de opgave. Excuus voor de niet-pedagogische post, ik stop met dit forum en laat niet graag ongedane zaken achter.

Berichten: 412

Re: Proefbuis in centrifuge

bessie schreef:
\((p+dp)A-pA = m \omega^2 r = A.dr.\rho.\omega^2.r\)

\(dp =\rho.\omega^2.rdr\)

\(p-po=1/2 \rho \omega^2 (r^2-r_0^2)\)


Met p gedefinieerd als druk relatief de luchtdruk krijg je de som in de opgave. Excuus voor de niet-pedagogische post, ik stop met dit forum en laat niet graag ongedane zaken achter.


Het is gelukt, bedankt! ;)
Vroeger Laura.

Reageer