Polsstok
Kayli stelde deze vraag op 04 mei 2007 om 23:55.Hallo!
We moeten voor fysica een oef. maken en ik weet niet of ik juist bezig ben of er totaal naast zit. Zou iemand me kunnen helpen aub?
Een polsstok heeft een lengte van 6,00 m en een massa van 3 kg. Tijdens de aanloop draagt de atleet de polsstok horizontaal en zet daarbij zijn voorste hand op 4,50 m en zijn achterhand op 5,25 m van het voorste uiteinde. Reken uit hoe groot de krachten zijn die de atleet op de stok uitoefent.
Fa = kracht achterste hand
Fv = kracht voorste hand
Afstand Fzw en Fv = 1,5m
Afstand Fzw en Fa = 2,25m
Mzw = 29,43N . 3m = 88,29 Nm
-> Mv - Mzw = 0
1,5 m. Fv = 88,29 Nm
Fv = 58, 9267
(deze uitkomst zou kunnen kloppen volgens onze gekregen oplossingen)
-> Ma - Mzw = 0
2,25 . Fa = 88,29
Fa = 39, 24
(Deze oplossing zou 88,2 moeten zijn, wat tevens (toevallig?)mijn Mzw is.) Ik weet echt niet wat ik fout doe. Hopelijk kan iemand mij verder helpen want ik ben helemaal in de war.
Alvast bedankt,
Kayli
Reacties
Dag Kayli,
Je noteert "Mzw = 29,43N . 3m = 88,29 Nm". Kennelijk bereken je het moment van Fz op de stok ten opzichte van een van de uiteinden van de stok. Dat mag, maar het is geen handig begin. Want dan moet je in het evenwicht ook het moment van Fa én Fv betrekken. Dat levert een vergelijking met twee onbekenden (Fa en Fv)...
Alternatief: eerst de hefboomwet ten opzichte van de achterste hand. (Het punt ten opzichte waarvan je de momenten berekent, mag je immers vrij kiezen.) Voordeel: het moment van Fa is nul, aangezien de arm van deze kracht nul is. Mv=Mzw Fv×0,75=29,43×2,25 enz
Fa kan op dezelfde manier worden berekend met de momenten van Fa en Fz ten opzichte van de voorste hand. Maar eenvoudiger is: stel de vergelijking van het krachtenevenwicht op de polsstok op. (Immers, de stok blijft tijdens de aanloop in verticale zin in rust.) Fa=Fv-Fz Fa is omlaag gericht; Fv is omhoog gericht.
In je figuur staat "Fz=m.a=3kg×9,81m/s²=88,29 N" (!?). Nieuwe batterijen in je rekenapparaat doen soms wonderen.
Groeten,
Jaap Koole
Fz = 9,81*3 kg = 29,43N
Als je de voorste hand als evenwichtspunt ziet moet dan
Fa = (4,5m-1/2*6m)/(5,25m-4,5m)*29,43N = 1,5m/0,75m*29,43 N= 58,86N
zijn zodat het hele zaakje niet gaat draaien. Om er voor te zorgen dat de stok ook nog es niet naar beneden valt zal Fv moeten compenseren voor beide andere krachten, dus
Fv = Fa+Fz = 88,29N
Das Fv en Fa omgekeerd van wat je als oplossing had? Of wist je dat niet zeker?
Hartelijk bedankt! Nu is het uiteraard gelukt. En idd, domme fout op mijn tekening. (Tja die "rekenmachines" van tegenwoordig hé *verlegen blik*.)
Groetjes,
Kayli
Beste Kayli,
Je had dit ook eens kunnen proberen met een simpele liniaal als model voor je polsstok. Voel je gelijk hoe die krachten werken.
Groet, Jan
Even "snel uitrekenen" zit er niet in. Het proces is nogal complex: bewegingsenergie van hardlopen omzetten in draai-energie als je in de stok zit. Het veranderen van snelheid van draai omdat je omhoog klimt waardoor de draai-energie anders verdeeld wordt, de positie van de onderkant (draaipunt) van de stok...
Maar wat er uiteindelijk ook uitkomt: het blijft een model waarin allerlei kleine factoren niet worden meegenomen die nèt dat kleine verschil uitmaken. Zoals versneld klimmen, snel/langzaam klimmen, stok tussen de benen of voeten op de stok, kleine en lange springers, lichte en zware springers...
https://www.natuurkunde.nl/vraagbaak/78075
en https://www.natuurkunde.nl/vraagbaak/63858
Je eind-energie bij toerennen zal 1/2 mv2 zijn (= 1/2 x 80 x (100/13,5)2 ) en die zet zich om in draaienergie 1/2 Iω2 waarbij ω de draaisnelheid wordt (graden/seconde) maar als jij de stok in klimt dan verandert je traagheidsmoment I (neemt toe, het equivalent van massa bij rennen) en daardoor ω (wordt kleiner want Iω2 blijft gelijk) . Als die te klein wordt dan stopt de draaibeweging voordat je over het vertikale punt bent en val je terug. Daarbij helpt ook de zwaartekracht niet die je opgaande beweging ook tegenwerkt.
Bij voldoende snelheid zul je wel doorslaan en daarna (met hulp van zwaartekracht) steeds sneller en moet je bepalen wanneer je afspringt voor een maximum effect.
Bijgesloten het "afsprong"artikel zoals dat in "Polshoogte" dec 2019 is verschenen.
Bijlagen:
Het is dan van belang te weten hoe die voorwaartse energie wordt omgezet in een veer-energie van de (soms bijna rondbuigende) springstok die bij ontspanning naar rechte stok de springer een "zwieper" geeft waarmee die over de lat kan komen. Ook dat laat zich niet zomaar uitrekenen: een stok die op 4,5 m wordt vastgehouden, in de grond wordt gezet, de springer omhoog doet veren (wat zijn de doorbuig/veereigenschappen van de stok?), de afzet van de springer (wanneer? welke snelheid heeft de stok dan?)... dat laat zich niet in een simpel formuletje vangen. Ook daar is een model voor nodig dat doorgerekend moet worden.