[natuurkunde] staafje

Moderators: ArcherBarry, Fuzzwood

Gebruikersavatar
Berichten: 4.542

staafje

staaf: lengte L  massa m
Er is geen wrijving.
Bereken Θ en bewijs dat het zwaartepunt exact boven punt C ligt.
Staaf.jpg
Staaf.jpg (31.89 KiB) 1008 keer bekeken
Het bewijs is geen probleem, echter om Θ=50,1º te berekenen heb ik wel een A4-tje nodig gehad (de gewone meetkunde- en gonioregeltjes).
Dus is de vraag of er niet een andere en/of snellere oplossing voor is.

Technicus
Berichten: 1.163

Re: staafje

je zou driemaal de cosinusregel kunnen pakken op abc, azc, bzc. Drie vergelijkingen met 3 onbekenden en dat oplossen met maple.

Maar kan vast eleganter. Ik zie hem zo snel ook niet. Is de vraag om eerst de hoek te bepalen of eerst het zwaartepunt te bewijzen? Vaak volgt uit de een het ander.

Gebruikersavatar
Berichten: 7.463

Re: staafje

Heeft het zwaartepunt bij evenwicht de minimale hoogte?

Technicus
Berichten: 1.163

Re: staafje

Ja.

Als er geen wrijving is die de staaf in een bepaalde hoek houdt, dan zal de staaf zover mogelijk naar beneden vallen, totdat er evenwicht is.

Gebruikersavatar
Berichten: 778

Re: staafje

Moet je hierbij aannemen dat de staaf een continue doorsnede heeft, met een gelijkmatig verdeelde massa? Of kan iedere staaf hiervoor in de plaats worden gezet - de hoek zal dan wel veranderen?
 
@Ukster, zou je hier je bewijs kunnen posten?

Gebruikersavatar
Berichten: 649

Re: staafje

Wellicht dat het ook gaat met de krachten vectors, stel als je het staafje precies horizontaal legt...
 
Dan ontstaat er een kracht die de staaf zal doen bewegen in de richting van een stabiel punt,
waardoor het zwaartepunt boven C komt te liggen, dan zullen dus de resultante van de krachten gelijk moeten zijn.
 
We gaan eens kijken of dat sneller een oplossing geeft.
Sinds de uitvinding van tijd, hebben we het niet meer, en kunnen we het ook niet meer vinden.
En wie haast heeft moet langzamer lopen.

Gebruikersavatar
Berichten: 649

Re: staafje

Overigens is het antwoord van 50º  niet correct, houd maar een graden boog op de tekening, dan kom je op 43º
 
voor de zekerheid ter controle nog even op papier na getekend.
Sinds de uitvinding van tijd, hebben we het niet meer, en kunnen we het ook niet meer vinden.
En wie haast heeft moet langzamer lopen.

Technicus
Berichten: 1.163

Re: staafje

Met het uitgangspunt dat het zwaartepunt midden boven het dal zit, kom ik op de volgende oplossing.
IMG_0690.jpg
IMG_0690.jpg (147.23 KiB) 1000 keer bekeken
Hiermee is echter nog niet aangetoond hoe hoog het zwaartepunt ligt, en of dit het laagste punt is. Dat was echter ook niet de vraag :)
Ukster ik ben benieuwd hoe jij het gedaan hebt.

Gebruikersavatar
Berichten: 7.463

Re: staafje

Haha - ik ben eruit (na de nodige uren rekenen). :mrgreen:
 
Uiteindelijk maar een schetsje van de mogelijke standen gemaakt. En wat blijkt - er is helemaal geen (stabiel) evenwicht! Zie:
 
labiel.png
labiel.png (120.32 KiB) 1000 keer bekeken

Gebruikersavatar
Berichten: 649

Re: staafje

Soortgelijk als CoenCo, vele wegen die naar het zelfde leiden: 
 
rode hulp lijnen toe gevoegd allen haaks op elkaar,... deze berekening is gedaan zonder  de lengte van AB erbij te betrekken,
 
 
Driehoek.png
Driehoek.png (57.48 KiB) 1000 keer bekeken
 
DC=CE=EB= 1/2 AF  ( =lijnstuk x )
 
lijn AF  = DC +CE  dat is dus:  2x
lijn BF  =  BE- EF   en  FE=AD   daaruit volgt  BF = x - x.tan 30º   ( = lijnstuk y )
 
tan van ingesloten hoek AB en AF = BF / AF     oftewel ==>  (x - x,tan 30º ) / 2x  ==>  (1 - tan 30º ) /2  ==> 11,9º
 
dus is hoek Θ = 30 + 11,9 is 41,9º
 
In deze berekening blijkt dat ,de lengte van AB  hier helemaal niet ter zake doet,
elke lengte van AB zal deze situatie opleveren.
 
Het is inderdaad (zie Prof. P) een labiel evenwichts punt.
Sinds de uitvinding van tijd, hebben we het niet meer, en kunnen we het ook niet meer vinden.
En wie haast heeft moet langzamer lopen.

Gebruikersavatar
Berichten: 7.463

Re: staafje

@ WillemB
 
Daarbij heb je nog niet bewezen dat het zwaartepunt inderdaad loodrecht boven C ligt. Maar wat je bewijs wel laat zien is dat het helemaal niet meer relevant is of er wel of niet evenwicht is en van welke soort dan zodra je maar aanneemt dat het zwaartepunt precies boven C ligt, want in dat geval volgt de gezochte hoek al uit de geometrie van de situatie.

Gebruikersavatar
Berichten: 649

Re: staafje

Het bewijs is nu niet zo moeilijk meer, ...immers stel staaf is homogeen, dan is het zwaarte punt
altijd het midden van de staaf AB maakt niet uit onder welke hoek.
 
uit de hulp lijnen blijkt namelijk dat het zwaartepunt het midden van AB, overeen komt met
het midden van lijn DE namelijk  DC en CE  hebben de zelfde lengte verhouding als AZ en ZB
Sinds de uitvinding van tijd, hebben we het niet meer, en kunnen we het ook niet meer vinden.
En wie haast heeft moet langzamer lopen.

Gebruikersavatar
Berichten: 7.463

Re: staafje

Kijk eens naar mijn tekeningetje daarboven: bij verschillende standen van het staafje ligt het zwaartepunt duidelijk niet altijd boven C.

Gebruikersavatar
Berichten: 649

Re: staafje

@ Prof. P , klopt helemaal , ben ik met je eens, het bewijs geld ook alleen maar in één specifiek geval, en wel in getekende situatie. Het is een zuiver theoretische situatie.
 
 
vandaar ook dat het een labiele situatie is elke andere voldoet volgens mij dan ook niet meer.
Wellicht dat de TS nog aanvullende info heeft.
Sinds de uitvinding van tijd, hebben we het niet meer, en kunnen we het ook niet meer vinden.
En wie haast heeft moet langzamer lopen.

Gebruikersavatar
Berichten: 7.463

Re: staafje

We zijn met je bewijs in elk geval een stukje verder. ;)

Reageer