Weerstandscoëfficiënt katrol

Laurens&Thijs stelde deze vraag op 14 november 2010 om 20:42.

Hallo. Wij zijn bezig met ons profielwerkstuk over ballonnen en wij willen de luchtweerstandscoëfficiënt bepalen van allerlei ballonnen met verschillende vormen. Om die te meten willen we de ballonnen ophijsen door een gewichtje, dat zwaarder is dan de ballon en waarvan we de luchtweerstandscoëfficient kunnen opzoeken, te laten zakken, zodat met behulp van twee katrollen de ballon wordt opgehesen.



Er werken dan verschillende krachten op de ballon: de zwaartekracht op het gewichtje hijst de ballon op en de luchtweerstand op het gewichtje en die op de ballon en de zwaartekracht op de ballon én de twee rolwrijvingsweerstanden werken de ballon tegen. Het probleem zit hem in dat laatste. We moeten eerst de rolwrijvingsweerstand weten en dat willen we doen door de proef eerst eens uit te voeren met een licht gewichtje, waarvan we de luchtwrijvingscoëffiënt kunnen opzoeken, in plaats van de ballon. Op die manier willen we dan de rolwrijvingscoëfficiënt van de katrol bepalen. Op internet hebben we daarvoor een formule gevonden: F(rechts) = F(links) * e ^ (mu * phi). Dit geldt als het zware gewicht aan de linkerkant naar beneden gaat. phi is de hoek van het contactoppervlak in radialen en mu de rolwrijvingscoëfficiënt, volgens internet. Alleen, die krachten begrijpen wij niet helemaal. Zijn dat de zwaartekrachten op de gewichtjes, of moeten we daarbij ook de luchtweerstand meeberekenen. En: wat zou in dit geval dan een formule zijn  voor de rolwrijvingskracht? De bovenstaande formule geeft namelijk aan het verschil tussen de krachten aan. Zelf dachten wij aan de volgende formule: F(rolweerstand) = F(links) * (1 - e ^ (mu *phi).

Bij voorbaat dank!

Reacties

Theo op 15 november 2010 om 00:26

De gevonden formule (Fr = F. eμ.φ ).doet bij mij niet meteen een belletje rinkelen (maar dat zegt alleen dat ik ook niet alles weet).

Je gebruikt twee dikke katrollen die kunnen draaien? Dan zal een deel van de potentiele energie van het vallende gewichtje gebruikt worden als rotatie-energie van die katrollen en de rest als versnelling naar beneden  ( U = m.g.h = Urot,katrol + 1/2 mv2) en die snelheid naar beneden zal de snelheid omhoog zijn van de ballon aan de andere kant. Eventueel is er ook nog wrijving om de as waaraan energie als warmte wordt gebruikt.

Urot, katrol = 1/2 I.ω2 waarbij I het traagheidsmoment van de katrol is. Voor een cilindervormige katrol met uniforme massa m en  straal r is dit 1/2 mr2 (breedte is niet belangrijk - dat is al in de massa verrekend).

Misschien is er een opstelling te bedenken waarbij de rotatie energie van de katrollen "verwaarloosbaar" is tov de overige energie. Of twee vaste geleiders waarover de draad loopt (wel weer wrijving!).

In elk geval zal het gewichtje (en daarmee de ballon) een versnelde beweging doormaken hetgeen de metingen niet simpeler maakt omdat luchtwrijving ook sterk snelheidsafhankelijk is.

Fw,lucht = 0,5 * cw * ρ * A * v2

Hierin is:
- cw de luchtwrijvingscoëfficiënt;
- ρ de dichtheid van de lucht (≈1,2 kg/m3);
- A de frontale oppervlakte van het voorwerp (blokje, ballon) loodrecht op de bewegingsrichting (in m2);
- v de snelheid van het voorwerp (in m/s).

Plaats een reactie

+ Bijlage

Bevestig dat je geen robot bent door de volgende vraag te beantwoorden.

Clara heeft dertig appels. Ze eet er eentje op. Hoeveel appels heeft Clara nu over?

Antwoord: (vul een getal in)