Natuurkunde.nl wil graag goede profielwerkstukken aan zijn bezoekers tonen. En dan ook maar meteen de beste. We nodigen u uit, de beste twee natuurkunde-profielwerkstukken van uw leerlingen in te zenden.
De Profidolen van 2004 krijgen één jaar collegegeld aan een universiteit cadeau (maximaal twee per werkstuk). De school van de winnaar mag voor €500 aan practicumspullen kopen op rekening van natuurkunde.nl.
Vincent Onos heeft van zijn profielwerkstuk de samenvatting ingestuurd om zo mee te dingen naar de hoofdprijs.
!!Inzendingen die binnenkomen na 10 april 2004 worden wel geplaatst maar komen niet meer in aanmerking voor de prijzen.!!
De samenvatting
Kogelslingeren is een “sport” die al eeuwenoud is. Doel van het kogelslingeren is de slingerkogel zo ver mogelijk weg te slingeren waarbij de kogel binnen een sector moet landen. Om dat te bereiken moeten een aantal factoren zo optimaal mogelijk zijn, nl. de kogelsnelheid bij de afworp, de juiste afwerphoek en de juiste richting.
Kogelslingeren bestaat uit 5 fases: de voorbereidingsfase, de overgangsfase, de eenbenige steunfase, de tweebenige steunfase en de afworp. Via de juiste balans en techniek tijdens de opeenvolgende fases wordt de kogelsnelheid opgevoerd.
Voor mijn profielwerkstuk wilde ik uitzoeken welke krachten en snelheden er zoal optreden. Daarnaast was ik ook benieuwd welke effecten de landende kogel op verschillende ondergronden had.
Met videocamera-opnames die via meerdere bewerkingsprogramma’s op de computer redelijk betrouwbare uitslagen gaven heb ik mijn “eigen” worpen bekeken. Een gewone videocamera is eigenlijk niet in staat een slingerkogel op snelheid te volgen, daarom was de kogel nauwelijks te zien. Ondanks dat heb ik de opeenvolgende videobeelden met VirtualDub beeldje voor beeldje afgespeeld waarbij ik de kogel oranje heb gemarkeerd. Na het over elkaar plakken van de meerdere beelden ontstond er toch een succesvol beeld.
De slingerkogel beschrijft tijdens het draaien bijna een cirkelbaan. Na de afworp vliegt de slingerkogel in een bijna rechte baan weg. Om de afwerpsnelheid te meten heb ik eerst de afstand bepaald tussen twee opeenvolgende videobeelden. Dit bleek niet zo nauwkeurig dus heb ik ook nog de afstand gemeten tussen vier opeenvolgende videobeelden. Deze waarden bleken nauwkeuriger. De afstanden tussen de videobeelden heb ik bepaald door gebruik te maken van een rasterwerk en pylonen met 50cm tussenruimte. Hiermee heb ik de schaal bepaald.
Hieruit kon ik via s=v/t de afwerpsnelheid berekenen. De afwerphoek kon bepaald worden met het samenvoegen van opeenvolgende beelden. Voor de nauwkeurigheid heb ik de hoek van de denkbeeldige lijn van de kogelbanen gemeten ten opzichte van de volledig verticaal staande paal van het veiligheidsnet.
Het bepalen van de snelheid van de slingerkogel gaf veel problemen. Na een paar keer gestrand te zijn heb ik de volgende methode bedacht:
Ik heb de hoek bepaald die de slingerkogel maakte ten opzichte van mijn lichaam. Met onderstaande formule kan je dan de snelheid berekenen.
Daarna kon ik tabellen maken waarin ik de verschillen tussen de berekende en gemeten hoeken heb gezet, alsmede een tabel met de berekende snelheden en één met snelheidstoename tussen de diverse fasen.
Daarna heb ik onderzocht welke effecten het kogelslingeren heeft op de atleet. Tijdens het draaien oefent de slingerkogel een middelpuntzoekende kracht uit op de atleet. Die kracht is meestal het grootst wanneer de kogel zich in de laatste draai recht voor de atleet bevindt. De eerder genoemde snelheden gaven bij de gebruikte 6,25kg slingerkogel met de formule Fmpz=mv2/r bij mij 2,8 kN als grootste kracht. Dat is best groot, maar met een goede techniek en flinke spierkracht toch goed te overwinnen.
Uit onderzoek naar de relatie tussen afwerpsnelheid, de afwerphoek en de afstand die een slingerkogel vliegt, is de volgende formule gevonden:
Het verst vliegt de kogel wanneer de afwerphoek, de afwerphoogte, de afwerpsnelheid en de luchtweerstand optimaal zijn. Zo is de ideale afwerphoek 44º. De afwerphoogte wordt bepaald door het formaat van de atleet. De afwerpsnelheid is de factor met de grootste invloed en alleen te maximaliseren door de andere factoren van invloed te optimaliseren. Daarnaast heb je te maken met de middelpuntvliedende kracht en de tangentiaalkracht. Zelfs een slingerkogel met relatief weinig oppervlak bij een grote massa heeft toch nog last van luchtweerstand, dus ook van voor- of tegenwind.
Aan het eind heb ik nog tabellen gemaakt waarin de theorie vergeleken wordt met de praktijk. Daarbij moet wel opgemerkt worden dat door soms niet beheersbare invloeden de praktijk van de theorie kan afwijken.
Tenslotte heb ik op 3 trainingslocaties onderzoek gedaan naar de indringingsweerstand van de grond. Daarbij maakte ik gebruik van een penetrometer. Tijdens dat onderzoek bleek het slingerveld op Papendal een hele hoge indringingsweerstand te hebben. In de praktijk zie je daar dan ook de kogels doorstuiteren en weinig schade toebrengen aan de grond.
Dit profielwerkstuk is gemaakt door:
Gegevens auteur:
- Namen: Vincent Onos
- Woonplaats: Alkmaar
Gegevens docent:
- Naam: S. Tesselaar
- Woonplaats: Alkmaar
Gegevens school:
- Naam: Willem Blaeu
- Adres: Robonsbosweg 11
- PC en plaats: 1816 MK Alkmaar
