Icon up Overzicht

Composiet (havo voorbeeldexamen 2015, opg. 4)

Onderwerp: Arbeid en energie, Kracht in evenwichtssituaties

Examenopgave havo, natuurkunde, voorbeeldexamen 2015, opgave 4: Composiet

Een composiet is een materiaal dat is opgebouwd uit lange vezels in een kunststof hars. De vezels zijn bijvoorbeeld van glas, koolstof of Kevlar® en de hars van polyester. Zie figuur 1. Op de onderzoeksafdeling van een bedrijf dat composiet onderdelen voor de ruimtevaart maakt, worden nieuwe composieten getest. Van een composiet wordt met een trekproef een spanning-rekdiagram gemaakt in de lengterichting van de vezels. Zie figuur 2.

Composiet_figuur_1

Figuur 1: Schematische weergave van een composiet

Composiet_figuur_2

Figuur 2: Rekproef bij een composiet, met de resultaten uitgezet in de grafiek

Vraag a. Leg uit hoe je aan figuur 2 kunt zien dat de vervorming tijdens de
trekproef elastisch was.

Vraag b. Bepaal de elasticiteitsmodulus van het composiet in de lengterichting.

De strook composiet die voor deze trekproef wordt gebruikt, heet een trekstaaf. De doorsnede van de trekstaaf is 40 mm2.

Vraag c. Bepaal de kracht die nodig was om de trekstaaf een relatieve rek te geven van 0,010.

Aan het begin van de meting is de trekstaaf 150,0 mm lang.

Vraag d. Bepaal de maximale lengte die de trekstaaf tijdens de trekproef krijgt.

Omdat het composiet uit meerdere materialen bestaat (vezels en hars) is de gemeten elasticiteitsmodulus een combinatie van de grote elasticiteitsmodulus van de vezels en de kleine elasticiteitsmodulus van de hars.

Dit is te vergelijken met de totale veerconstante van een stugge veer en een slappe veer naast elkaar, zoals in figuur 3 is weergegeven. De vezels worden voorgesteld door de stugge veer, de hars door de slappe veer.

Composiet_figuur_3

Figuur 3: Nogmaals de rekproef. De composiet is nu weergegeven als een combinatie van een stugge en een slappe veer.

In figuur 4 staat het (u,F)-diagram van beide veren.

Composiet_figuur_4

Figuur 4: De uitrekking van beide veren uitgezet tegen de kracht

Vraag e. Bepaal met behulp van figuur 4 de kracht die nodig is om beide veren
samen 1,0 cm uit te rekken.

Als het composiet in de richting loodrecht op de vezels wordt belast is dat te vergelijken met de veren in figuur 5.

Composiet_figuur_5

Figuur 5: Schematische weergave van belasting van de composiet, loodrecht op de vezels.

Vraag f. Vergelijk de situaties van figuur 3 en figuur 5 en kies in de volgende zinnen steeds het juiste alternatief.

-Als op dit composiet een kracht wordt uitgeoefend in de lengterichting van de vezels (figuur 3) is de kracht / uitrekking overal even groot.

-Als op dit composiet een kracht wordt uitgeoefend loodrecht op de lengterichting van de vezels (figuur 5) is de kracht / uitrekking overal even groot.

-In de lengterichting van de vezels is de elasticiteitsmodulus van dit composiet altijd groter / kleiner dan loodrecht op de vezelrichting.