Icon up Overzicht

Exaktueel: Betonnen vangrail in opkomst

Onderwerp: Arbeid en energie, Kracht en beweging, Materiaalonderzoek, Rechtlijnige beweging, Werktuigbouw

Begrippen: Impuls, Kracht, Versnelling, Tweede wet van Newton, Derde wet van Newton, Wet van behoud van energie

havo/vwo, mechnica, gevorderd, 30 min

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.

Opgave

Een ongeval in 2005 op het Klein Polderplein waar de middenberm was voorzien van een betonnen afscheiding met metalen opbouw. foto GPD/Archief - © Alle rechten voorbehouden

Bron:Gelderander 30 april 2008, © Alle rechten voorbehouden.

Vragen en opdrachten

Vangrails op de snelweg hebben de taak om het verkeer op de juiste rijbaan te houden. Daarom worden ze ook wel geleiderails genoemd. Volgens het artikel moet dat gebeuren op een steeds krappere ruimte. Vangrails hebben (afhankelijk van de uitvoering) echter wel ruimte nodig om hun werk goed te doen (zie daarvoor ook de onderstaande links naar de filmpjes, met name de staalkabelvariant). Geleiderails langs een recht stuk weg vangen auto’s meestal op onder een hoek van 20 graden ten opzichte van de rijrichting. Een vrachtwagen rijdt met een snelheid van 80 km/h de vangrail in en komt met dezelfde snelheid onder een hoek van 20 graden weer terug uit de rail.

 

a) Toon aan dat de snelheidsverandering in de richting loodrecht op de geleiderail dan gelijk is aan 15 m/s.

Eén van de wettelijke eisen is dat de geleiderail een vrachtwagen met een massa van 13•103 kg nog moet kunnen keren. Een stalen rail buigt daarbij 0,80m door. Verwaarloos de vervorming van de vrachtwagen zelf.

b) Bereken de tijd die de botsing duurt.

c) Bereken de gemiddelde kracht die de vangrail op de vrachtwagen moet uitoefenen.

In tegenstelling tot staal, buigen betonnen rails tijdens een botsing niet of nauwelijks. Een betonnen rail zou bij een identieke botsing ongeveer 0,10 m meegeven.

d) Bereken of leg uit hoe groot de kracht van de rail op de vrachtwagen dan is.

e) Leg uit waarom het voor de krachten die op de inzittenden werken belangrijk is dat geleiderails een stuk meegeven in de richting waarin de auto beweegt

Betonnen geleiderails zijn meestal niet recht, maar hebben een in de breedte uitlopende voet:

 

f) Geef twee redenen waarom deze vorm de geleiderail stabieler maakt zodat hij minder snel omkantelt.

De uitlopende voet zorgt er ook voor dat de terugkaatsende auto een kracht naar boven ondervindt. Ook hierdoor is de rail stabieler en sterker bij een botsing.

g) Leg met behulp van de derde wet van Newton en een vectortekening uit waarom de rail op deze manier steviger staat.

Meer opgaven van de redactie van Exaktueel kunt u hier vinden.

Om een idee te krijgen van de verschillende werkingen van stalen, betonnen en zelfs houten geleiderails, zie Youtube. De variant met de staalkabels wordt veel gebruikt in Groot Brittannië.