Een opgave van de redactie van Stichting Exaktueel. Op basis van artikelen in de media worden opgaven gemaakt die aansluiten bij het natuurkunde-onderwijs in het voortgezet onderwijs.
Jan Bos gaat daar proberen het record van 133 kilometer per uur te breken op een fiets van de Nijmeegse fietsenmaker Hans van Vlugt. De fiets heeft een massa van 23 kilogram, kost 100.000 euro en er zitten 1000 werkuren in. Hij is 254 cm lang, 80 cm hoog en 55 cm breed. Elke rijder krijgt zes pogingen toebedeeld en een poging is alleen geldig als er niet te veel wind staat.
Meer info: Elan ligfietsen
Human Power Team
Opgaven:
a) Welke drie soorten wrijving kun je onderscheiden bij een rijdende fiets?
Voor de luchtwrijving geldt de volgende relatie voor de wrijvingskracht:
Hierin is:
- F de grootte van de luchtweerstand;
- Cw de luchtweerstandcoëfficiënt;
- ρ de dichtheid van de lucht;
- A het effectieve oppervlak van het voorwerp;
- v de snelheid van het voorwerp.
b) Zoek op internet op wat een redelijke waarde is voor Cw voor een fiets met een gestroomlijnde vorm.
c) Zoek de dichtheid op van lucht bij normale temperatuur en druk.
d) Waarom worden deze wedstrijden vaak op grote hoogte gehouden?
e) Wat is daarvan het nadeel?
f) Bereken het effectieve oppervlak van de fiets.
g) Bereken tot slot de grootte van de wrijvingskracht die de fiets bij een snelheid van 133 km/h van de lucht ondervindt.
Uitwerking vraag (a)
luchtweerstand; rolweerstand; wrijvingsweerstand
Uitwerking vraag (b)
0,2 is een redelijke schatting
Uitwerking vraag (c)
1,3 kg/m3
Uitwerking vraag (d)
Omdat daar de dichtheid van de lucht zo klein mogelijk is.
Uitwerking vraag (e)
De fietsrijder krijgt minder zuurstof binnen en kan dus minder vermogen ontwikkelen.
Uitwerking vraag (f)
0,8 * 0,55 m2 = 0,44 m2.
Uitwerking vraag (g)
F = 0,2 * 0,5 * 1,3 * 0,44 * (133/3,6)2 = 0,08 kN
Meer opgaven van de redactie van Exaktueel kunt u hier vinden.
