vliegende pijl

Laurien stelde deze vraag op 12 mei 2011 om 09:05.

Ik ben bezig met examenopgaven voor natuurkunde en loop een beetje vast bij de volgende opgave:

Een pijl wordt met een snelheid van 40m/s horizontaal weggeschoten in de richting van een schietschijf. Op het moment dat de pijl loskomt van de pees is de afstand tussen pijlpunt en en schietschijf 18 meter. De pijl blijft tijdens het doorlopen van zijn baan steeds in de richting van de snelheidsvector wijzen. 

Bereken de hoek die de pijl met het horizontale vlak zou maken bij het raken van de schietschijf als er geen luchtweerstand zou zijn. 

mijn uitwerking:

De horizontale snelheid is constant, dus heb ik zo de tijd uitgerekend : 18meter / 40ms-1= 0,45sec.

Daarna heb ik deze uitkomst ingevuld in de formule voor verticale verplaatsing: y=0,5gt2 --> 0,5 x 9.81 x (0,45)2 = 0,998..meter

om de hoek te bereken heb tan(a)=verticale verplaatsing / horizontale verplaatsing, dit geeft hoek a is 3,15º.


het antwoord is echter 6,3º, het dubbele van mijn antwoord dus... Waarom kan ik niet gebruik maken van de formule voor verticale verplaatsing: y=0,5at2. of doe ik iets anders fout...

 Wanneer mag ik deze formule gebruiken?

(Ik weet dat je ook de verticale snelheid kan bereken en dan tan(a)=Vy/Vx gebruikt om a te berekenen, maar ik zie niet in waarom mijn manier verkeerd is)

 

alvast bedankt voor de hulp,

Groeten Laurien

 

Reacties

Jan op 12 mei 2011 om 10:10

Dag Laurien,

Jij rekent met de uiteindelijke verplaatsing in de x- en y richtingen. Daarmee doe je net alsof de pijl een kaarsrechte baan diagonaal naar de schietschijf volgt. Je rekent dus met plaatsvectoren.

Maar de werkelijke baan is een parabool. Je zult dus met snelheidsvectoren moeten rekenen. vx en vy op dat eindpunt, niet sx en sy.

Duidelijk zo?

Groet, Jan

Theo op 12 mei 2011 om 10:27

In feite geef je zelf al je antwoord:

Ik weet dat je ook de verticale snelheid kan bereken en dan tan(a)=Vy/Vx gebruikt om a te berekenen

Gevraagd wordt de hoek te geven waarmee de pijl bij de schijf aankomt. De pijl beweegt op elk moment met een tempo en richting die wordt gegeven door de snelheidsvector. Dat is de hoek die hoort bij de vector v = ds/dt in elk punt van de baan. En de richting wordt daarbij gegeven door de raaklijn aan de baan Als je die richting wilt bepalen moet je dus tan-1 vy/vx als hoek nemen op het moment t = 0,45 s

Wat jij berekent is de gemiddelde helling van de baan die de pijl doorloopt.

Sander op 13 mei 2013 om 19:49

Jan,

Ik heb je uitleg gelezen, maar volgens mij is de beschreven baan wel degelijk de diagonale component en niet de parabolische baan die jij beschrijft.

Luchtweerstand is immers niet van toepassing hier.

Hoe dan ook, je zou dan een rechthoekige driehoek krijgen met rechthoekszijden vy en vx. En de schuine zijde zou dan de werkelijke baan van de pijl moeten zijn (de diagonaal dus). In deze driehoek wordt vervolgens hoek alfa gevraagd die inderdaad te berekenen is met tan-1 van vy/vx. Tot zover kan ik volgen.

Echter snap ik nog steeds niet hoe vy wordt berekend.

Antwoord zou moeten zijn :

vy(t) = vy(0) + g*t = 0 + 9.81 * 0.45 = 4.41 m/s

Waar is deze formule van afgeleid ?

Sander

Theo op 13 mei 2013 om 20:04

Lees het nog eens goed door Sander.

Gevraagd wordt de hoek waarmee de pijl bij de schietschijf komt. De pijl volgt de richting van de snelheidsvector (dus vy/vx als tangens) en niet van de verplaatsing (y/x als tangens).

Je zou gelijk hebben als de pijl langs de diagonaal zou bewegen, maar dat doet dit niet. Dat er geen luchtwrijving is maakt het alleen maar makkelijker: vertikaal met een versnelling -g, horizontaal zonder versnelling. Tezamen een parabool.

Als er wel luchtweerstand is dan zal de horizontale EN vertikale component van de snelheid sneller kleiner worden dan zonder weerstand. De baan zal dan van de parabool afwijken en nog sneller richting grond gaan.

Jan op 13 mei 2013 om 20:05

dag Sander,

De pijl beschrijft geen diagonale baan, want dan zouden de snelheden horizontaal en verticaal beiden constant moeten zijn. De verticale snelheid is dat echter niet, want de pijl "valt" onder invloed van de zwaartekracht, en versnelt dus met 9,81 m/s² naar beneden (terwijl hij horizontaal óók verplaatst).

De pïjl ondergaat dus een zg "horizontale worp". 

 

de verticale beginsnelheid is 0 ..............

(vy(t) = vy(0)......)

vy(t) = 0......

 

die snelheid neemt elke seconde met 9,81 m/s toe...........

(...... + g·t) 

........+ 9,81 x 0,45

 

algemener; v(t) = v(0) + a·t

Op elk tijdstip vormen de snelheidsvector, de vector van de horizontale snelheidscomponent en de vector van de verticale snelheidscomponent dus een rechthoekige driehoek, maar omdat de verticale component steeds groter wordt verandert die driehoek onderweg steeds een beetje. 

Nu wel duidelijk?

Groet, Jan

Plaats een reactie

+ Bijlage

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

Noortje heeft eenendertig appels. Ze eet er eentje op. Hoeveel appels heeft Noortje nu over?

Antwoord: (vul een getal in)