[natuurkunde] kracht door stromend water

Moderators: ArcherBarry, Fuzzwood

Reageer
Berichten: 5

[natuurkunde] kracht door stromend water

Hoe bereken ik de kracht die het zeewater uitoefent op een voorwerp door de stroming? Vb, ik hou een plank in het water aan de Oosterscheldewerken op Neeltje Jans. Hoeveel druk wordt er uitgeoefend op die plank? De stroming oefent een vrij grote kracht uit, en, ik wil weten hoe groot die kracht wel is.

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 7.826

Re: [natuurkunde] kracht door stromens water

Die kracht kun je berekenen met \(F=C_w A \frac{1}{2}\rho v^2\).

\(A\) is het oppervlak van de plank (aangenomen dat je die dwars op de stroom houd), \(\rho\) de dichtheid van de vloeistof (voor water ongeveer 1000 kg/m3) en v de stroomsnelheid.

\(C_w\) is de weerstandscoëfficiënt. Die hangt van de vorm van het voorwerp en de stroomsnelheid af. Hier zal die niet ver van 1 liggen.

Berichten: 5

Re: [natuurkunde] kracht door stromend water

Bedankt voor de reactie maar, die kracht F, is dat Newton, Watt, kg?

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 7.826

Re: [natuurkunde] kracht door stromend water

Als \(A\) in m2 staat, de dichtheid \(\rho\) in kg/m3 en de snelheid \(v\) in m/s, dan krijg je de kracht \(F\) in N (Newton).

Berichten: 5

Re: [natuurkunde] kracht door stromend water

Ok, wat me opvalt aan deze formule is het verschil met de berekening met windsnelheid. In de formule voor het berekenen van windkracht, wordt de oppervlakte tot de 2e macht genomen en, de windsnelheid zelfs tot de 3e macht. Waarom dit grote verschil? Als ik, bij wijze van spreken een windmolen onder water zou bouwen, dan verandert toch alleen maar de factor "lucht" waar "water" in de plaats komt. Dus het gewicht van 1000 kg lucht is 1.047. Dat moet dan vervangen worden door 1000. Klopt deze redenering?

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 7.826

Re: [natuurkunde] kracht door stromend water

geert1956 schreef: do 26 mei 2022, 11:17 Ok, wat me opvalt aan deze formule is het verschil met de berekening met windsnelheid. In de formule voor het berekenen van windkracht, wordt de oppervlakte tot de 2e macht genomen en, de windsnelheid zelfs tot de 3e macht.
Heb je daar een bron voor? Voor wind (een gas) geldt hetzelfde als voor water. Ik vermoed dat die formule die jij beschrijft of ergens anders over gaat, of onjuist is.

Berichten: 5

Re: [natuurkunde] kracht door stromend water

Dit is wat ik op Wikipedia vond: Windsnelheid
Het windvermogen is evenredig met de derde macht van de windsnelheid. Dit is de inverse van het benodigde vermogen om een voorwerp met een bepaalde snelheid door de lucht te bewegen, auto trein, fietser, vliegtuig. Dit komt doordat de kinetische energie natuurlijk (Isaac Newton, Mme Émilie du Châtelet) evenredig is met het kwadraat van de snelheid. Maar daarbij opgeteld komt de massa verdrongen lucht en die is evenredig met de snelheid maal de aerodynamische doorsnede van het voorwerp in kwestie. Het benodigde vermogen is daarom evenredig met de snelheid tot de macht 3.
Dus, mijn idee was: stel dat ik een windmolen onder water kan plaatsen(theoretisch): wordt de opbrengst dan ook 1000 keer groter?(omdat het gewicht van 1000 l lucht gelijk is aan (ongeveer) 1 kg en, het gewicht van 1000 l water gelijk is aan 1000 kg? Dus, het enige dat in die formule dan (theoretisch) zou veranderen, is de factor "lucht", vervangen door "water"

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 7.826

Re: [natuurkunde] kracht door stromend water

De kracht is evenredig met de snelheid in het kwadraat. Het vermogen is evenredig met kracht maal afgeleide weg per tijdseenheid. Afgeleide weg per tijdseenheid is snelheid. Zo kom je aan een vermogen dat evenredig is met de snelheid tot de derde macht. Kracht is niet hetzelfde als vermogen!

Zowel kracht als vermogen zijn evenredig met het oppervlak loodrecht op de stromingsrichting.

Het theoretisch vermogen van een windmolen zou onder water inderdaad een kleine 800 keer zo groot worden door de grotere dichtheid van water (de dichtheid van lucht is ca 1,29 kg/m3).

Berichten: 5

Re: [natuurkunde] kracht door stromend water

dus, besluit: men zou "onderwater-molens" kunnen bouwen die 800 keer "kleiner" zijn dan windmolens. Komt daarbij nog dat men perfect weet, HOE de stroming loopt en ,WANNEER de stroming loopt en, van richting verandert. Als men dus "watermolens" zou plaatsen aan de Oosterscheldekering,waar de stroming 16km/hr bedraagt, dan zou men "watermolens" kunnen monteren die enorm veel energie zouden kunnen opwekken op vastgestelde tijden en met veel minder kosten 800 keer kleiner wil ook zeggen: 800 keer minder materiaal(theoretisch). Misschien toch een piste om eens over na te denken.
Als men een "watermolen" zou plaatsen met een diameter van 10 meter en, met een "watersnelheid van 4.444 m/seconde(16Km/Hr), wat zou dan het opgebrachte vermogen zijn van zo een molentje? Dus, wat is de "opbrengst" van zo een molentje?

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 7.826

Re: [natuurkunde] kracht door stromend water

geert1956 schreef: do 26 mei 2022, 13:55
Als men een "watermolen" zou plaatsen met een diameter van 10 meter en, met een "watersnelheid van 4.444 m/seconde(16Km/Hr), wat zou dan het opgebrachte vermogen zijn van zo een molentje? Dus, wat is de "opbrengst" van zo een molentje?
Met de formule voor het vermogen, \(P= A \frac{1}{2}\rho v^3\) zou je komen op ruim 3 MW.
Dat haal je in de praktijk zeker niet, met een rendement van 30% kom je op ongeveer 1 MW.
Of er verder nog zaken zijn die roet in het eten kunnen gooien (b.v. water dat er liever omheen stroomt) weet ik niet, in ben geen expert op dit gebied. Maar met getijdencentrales wordt al langer geëxperimenteerd en waterkrachtcentrales in stuwdammen bevatten natuurlijk ook "molentjes" in een waterstroom.

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 5.131

Re: [natuurkunde] kracht door stromend water

geert1956 schreef: do 26 mei 2022, 13:55 Als men dus "watermolens" zou plaatsen aan de Oosterscheldekering ... Misschien toch een piste om eens over na te denken.
Goed idee om het daar uit te proberen, zoals Tocardo sinds 2015. Maar het nadeel is wel dat je een paar keer failliet gaat: https://www.omroepzeeland.nl/nieuws/130 ... b-en-vloed

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 7.826

Re: [natuurkunde] kracht door stromend water

jkien schreef: do 26 mei 2022, 14:26 Goed idee om het daar uit te proberen, zoals Tocardo sinds 2015. Maar het nadeel is wel dat je een paar keer failliet gaat: https://www.omroepzeeland.nl/nieuws/130 ... b-en-vloed
Lijkt me inderdaad lastig om rendabel te krijgen.

Ik weet niet wat de producent per kWh krijgt, maar veel meer dan 20 cent zal het - zelfs nu - niet zijn.
Dan levert 1,25 MW maximaal 6000 euro per dag op. Maar omdat het een getijdencentrale is kan er niet continu geleverd worden. Dus aan die 6000 euro per dag kom je lang niet.

Daar moet dan de afschrijving, personeel en onderhoud van betaald worden.

Reageer