In NRC Handelsblad van 14 juni 2013 staat een advertentie van de webshop van de krant voor een design-ventilator van het merk Dyson. Dit is een ventilator zonder open rotorbladen. Dankzij `air multiplier technologie' zou de luchtstroom vijftien keer versterkt zijn. Het apparaat veroorzaakt een `gladde' luchtstroom door een ring zonder bewegende onderdelen. Veilig en gemakkelijk. Maar bovenal een `koel design'.
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.
Om een beeld te vormen van de werking van dit apparaat is het handig een filmpje op Youtube te zoeken: bijvoorbeeld van de Consumentenbond of van uitvinder Sir James Dyson zelf, die vertelt over zijn 'air multiplier'.
Opgaven:
a) Zoek deze filmpjes op en bekijk ze, je kunt bijvoorbeeld beginnen met het onderstaande filmpje. Zoek daarnaast nog enkele alternatieve filmpjes.
Uitvinder James Dyson bespreekt zijn bladloze ventilator.
We kijken nu hoe de vormgeving van dit apparaat voor een `air multiplier'-effect zorgt. In de voet van het apparaat zit een kleine ventilator die lucht aanzuigt en deze door cirkelvormige opening in de ring naar buiten blaast. Het profiel van de ring met het verloop van deze luchtstroom zie je hieronder afgebeeld. De kant waarheen de lucht geblazen wordt is rechts. Met kleuren is de snelheid van de luchtstroom aangegeven: rood waar de lucht het snelst gaat, donkerblauw waar die het laagst is. Op de plaats waar de lucht door een nauwe opening de ring verlaat, is - net als bij een stroomversnelling - de snelheid vergroot. Volgens de wet van Bernoulli is de druk in een lucht- of vloeistroom lager naar mate de snelheid groter is. Bij een vliegtuigvleugel zorgt dat verschijnsel voor `lift': de snelheid van de passerende lucht is aan de onderkant van de vleugel kleiner dan aan de bovenkant; daardoor is de luchtdruk aan de onderkant groter dan aan de bovenkant.
b) Hoe is in de afbeelding aangegeven dat de luchtdruk buiten het apparaat groter is dan binnen de ring?
c) Leg uit hoe het komt dat extra lucht van links wordt aangezogen.
d) Verklaar nu waarom gesproken wordt van `air multiplier technologie'.
Anders dan je zou verwachten is het vermogen van deze ventilator (40 W) niet veel kleiner dan dat van een gewone tafelventilator (15 tot 60 W).
e) Wat kan hiervan de verklaring zijn?
Uitwerking vraag (a)
De zoektermen `youtube dyson ventilator consumentenbond' brengen je bij dit filmpje. Uitleg door Dyson zelf kun je vinden met de zoektermen `sir james dyson air multiplier': hier.
Uitwerking vraag (b)
Buiten de ring is een donkerblauwe kleur gebruikt; daar heerst normale druk en heeft de lucht geen snelheid. Binnen de ring is de luchtsnelheid hoger en de druk dus lager. Dat is aangegeven met lichterblauw. Bij en in de luchtstroom die uit de opening komt is de druk het laagst (van groen via geel tot rood).
Uitwerking vraag (c)
De hogere luchtdruk aan de achterzijde van de ring zorgt ervoor dat van achteren (links in de figuur) lucht de ring in wordt `gezogen'. Deze lucht wordt meegevoerd met de stroom die uit de uitstroomopening van de ring komt en aan de voorzijde uitgeblazen.
Uitwerking vraag (d)
Met een kleine luchtstroom (veroorzaakt door een ventilator in de voet) wordt een veel grotere luchtstroom geproduceerd.
Uitwerking vraag (e)
De luchtstroom door de ventilator ring kan dan wel veel groter zijn dan de luchtstroom die uit de ring zelf komt, er is de nodige energie nodig om deze kleine stroom te produceren. Die lucht wordt immers van uit de voet de ring in geblazen en ondervindt dan veel weerstand bij het passeren van de ringvormige opening. Bovendien moet de grote hoeveelheid extra aangezogen lucht ook versneld worden. Ook dat vergt energie. Er is daarom een relatief krachtige motor nodig om deze ventilator te laten werken.
Meer opgaven van de redactie van Exaktueel kunt u hier vinden.
