Natuurkunde.nl - elektrische trein op helling

elektrische trein op helling

Simon stelde deze vraag op 27 september 2017 om 10:42.

Beste,

ik heb wat moeite met wat natuurkunde opgaves is er iemand die mij hiermee kan helpen, natuurkunde is niet mijn sterkste vak.

2.1. Vraag: het vermogen van de motor. Leg uit dat als de elec- trische motor per meter een constante energie levert De dat dan voor het vermogen P van de motor als functie van de snlehid, v,
P∝v (1) moet gelden (∝ betekend hier ”evenredig met”).
2.2. Vraag: redeneer vraag. Ga er bij deze vraag vanuit dat de wrijving van de wagon ook onafhankelijk is van de helling van de heuvel. Beredeneer (zonder berekening) of de snelheid van de trein na 100 meter nadat hij de wagon is kwijtgeraakt juist groter of kleiner wordt door het feit dat hij de heuvel oprijdt.
2.3. Vraag: bereken vraag. Ga er bij deze vraag nog steeds vanuit dat de wrijving van de wagon onafhankelijk is van de helling. Bereken de eindsnelheid van de trein na 100 meter.
2.4. Vraag: de wrijvingskracht nader bekeken. Nu blijkt de wrijv- ingskracht ook afhankelijk van de grootte van de hellingshoek te zijn van de heuvel. Dit komt omdat de wrijvingskracht evenredig is met de normaalkracht op de wagon. De waarde zoals hier in de opgave gegeven ( 2.0×105N. ) is de waarde die hoort bij een helling van 80. Bepaal nu opnieuw of de snelheidstoename van de trein na 100 meter op de heuvel (na kwijtraken wagon) meer of minder is dan als dit op een vlak stuk rails gebeurd was.

Reacties

Simon op 27 september 2017 om 10:49

Dit is overigens het probleem.

Een elektrische trein rijdt een heuvel op. Deze heuvel heeft een helling van 80 Een belangrijke eigenschap van een elektrische trein is dat de energie die de motor levert per gereden meter ongeveer constant is (zolang de machinist niet van versnelling wisselt). De trein rijdt met een snelheid van 25 m/sec. de heuvel op. De hele trein weegt 605 ton. Een enkele wagon weegt 65 ton. De rolwrijving van deze wagon bedraagt 2.0×105N. We gaan er voor het gemak vanuit dat deze wrijv- ing onafhankelijk is van de snelheid. Op een bepaalt moment raakt de trein een wagon kwijt. In eerste instantie merkt de machinist niets. Pas na 100 meter doorgereden te hebben merkt hij op dat de snelheid is toegenomen. De uiteindelijke opdracht is de snelheid na 100 meter te berekenen.

Jan van de Velde op 27 september 2017 om 11:27

Simon plaatste:

2.1. Vraag: het vermogen van de motor. Leg uit dat als de elec- trische motor per meter een constante energie levert De dat dan voor het vermogen P van de motor als functie van de snlehid, v,
P∝v (1) moet gelden (∝ betekend hier ”evenredig met”).

dag Simon,

laten we dan hier even naar kijken.

de elektrische motor per meter een constante energie levert

1) dat betekent dat de energie evenredig is met het aantal afgelegde meters: meer meters, meer energie

2) vermogen is de energie per seconde

3) snelheid is het aantal meters per seconde

3) betekent: ga je drie keer zo snel, dan leg je elke seconde .... keer zoveel meters af.

combineer met 1)
.... keer zoveel meters in een seconde betekent ..... keer zoveel energie in een seconde

combineer dat met 2)
..... keer zoveel energie in een seconde betekent ..... keer zoveel vermogen.

Groet, Jan

Simon op 27 september 2017 om 12:32

Super bedankt Jan! Zijn de andere vragen ook nog te beantwoorden want kom er zelf echt niet uit?

alvast bedankt,

simon

Jan van de Velde op 27 september 2017 om 14:52

dag Simon,

natuurlijk zijn die te beantwoorden, maar ik ben geen antwoordenboekjesmachine. Jij moet gewoon logisch gaan nadenken. En dat begint met "filmpje afspelen" in je hoofd, wat gebeurt er, beeldje voor beeldje

2.2
deze is een stuk eenvoudiger dan dan 2.1 .
Voordat de wagon werd verloren had de trein een constante snelheid van 25 m/s.
1) wat weet je dus van de nettokracht op de trein?

Er zijn krachten omhoog en omlaag, voordat de wagon verloren wordt en erna.
2) Welke kracht(en) is/zijn anders na het verlies?
3) Wat betekent dat voor de nettokracht?
4) Wat betekent dat voor de snelheid?

groet, Jan

Simon op 27 september 2017 om 16:07

Beste jan,

ja ik zie het al doordat de wagon verloren gaat zal er minder gravitaie kracht zijn terwijl er eveneel vermogen voor minder gewicht is dus zal de snelheid groter worden?

mijn excuses als ik teveel vraag maar natuurkunde is echt een zwak vak voor mij

Simon op 27 september 2017 om 16:10

Heb ook naar de laatste vragen bekeken maar daar kom ik echt niet uit. Als je me daarmee kan helpen graag :)

Jan van de Velde op 27 september 2017 om 16:33

Simon plaatste:

ja ik zie het al doordat de wagon verloren gaat zal er minder gravitaie kracht zijn terwijl er eveneel vermogen voor minder gewicht is dus zal de snelheid groter worden?

Ja, da's toch helemaal niet zo'n zotte redenering? niet alleen minder gravitatiekracht overigens, want die wagon ondervond ook nog:

De rolwrijving van deze wagon bedraagt 2,0×10⁵N.

beide inzichten kun je vervolgens gebruiken als ze wél gaan vragen om te gaan rekenen.

Simon plaatste:

mijn excuses als ik teveel vraag

als je bedoelt dat je veel vragen stelt, geen probleem, daar zijn we voor, maar de eerste stap zal hoe dan ook zijn om zélf al eens minstens deelproblemen te leren onderscheiden, en mogelijke (deel)oplossingen aan te dragen.

Ik krijg een beetje het gevoel dat je vertwijfeld naar wat hoopjes plastic en koper zit te kijken omdat je in één klap die wilt omtoveren tot een radio. Maar je kunt al eens een beetje aan dat plastic gaan zitten knutselen tot je een knopje hebt.

2.3. Vraag: bereken vraag. Ga er bij deze vraag nog steeds vanuit dat de wrijving van de wagon onafhankelijk is van de helling. Bereken de eindsnelheid van de trein na 100 meter.

goed, de eindsnelheid (de radio uit mijn parabel) kun jij dus niet maken. Dan kijk je naar dat tegeltje dat bij mij in de keuken hangt:

is er iets aan die trein dat je wél kunt berekenen? Doet er niet toe wat, een knopje hier, een draadje daar, en op den duur wordt dat wel een radio.

De oplossing voor deze vraag 2.3 loopt overigens over best wel veel stappen, en ik vraag me af of de opgave wel compleet is: zonder bekende helling (of bekend vermogen van de loco) is ze m.i. niet op te lossen. Doublecheck je opgave nog eens?

groet, Jan

Simon op 27 september 2017 om 17:09

In de opgave staat dat de wrijvings onafhankelijk is betekent dat niet verwaarloosbaar.

verder staat er jn de opgave dat de helling 8graden is.

Simon op 27 september 2017 om 17:25

Verder kwam ik tot de conclusie dat je de hoogte kan berekenen met gonio. En dat je dan Ekin=Epot kan dan maar nu worstel ik met de m welke moet ik waar gebruiken en is dit wel enigszins goed?

Jan van de Velde op 27 september 2017 om 17:35

Simon plaatste:

Verder kwam ik tot de conclusie dat je de hoogte kan berekenen met gonio.

doe dat dan eens, maar laat me die volledige berekening zien

En dat je dan Ekin=Epot kan

probeer eens

maar nu worstel ik met de m

dan doe je dat toch gewoon eens even voor de evenwichtige situatie vóórdat de wagon werd verloren? Niet alles tegelijk hoor, knopje voor knopje, draadje voor draadje komt uit die radio ooit wel een keer geluid

laat maar zien

Simon op 27 september 2017 om 18:17

sin(8)=h/100
h=sin(8)100

605ton x 9,81 x sin(8)100 = 0.5 x 605 ton x v2
V= 16,52 m/s

komt er al geluid uit de radio?:) is trouwens vraag twee nog goed aangezien ze zeggen dat de wrijvingskracht onafhandelijk is?

Jan van de Velde op 27 september 2017 om 18:38

Simon plaatste:

605ton x 9,81 x sin(8)100 = 0.5 x 605 ton x v2
V= 16,52 m/s

dit vertelt je wat die snelheid van die trein onderaan de helling zou worden indien die zonder wrijving bovenaan die helling met snelheid 0 losgelaten zou worden.

de (constante) snelheid van de trein bergop is echter gegeven als 25 m/s. Conclusie: leuk sommetje, maar doodlopende weg. No problem.

Ik zie overigens nog wel wat dingen die je zou kunnen berekenen:
de component langs de helling van de zwaartekracht op de trein bijvoorbeeld? En de toegenomen zwaarte-energie na 100 m rijden is misschien ook wel bruikbaar...

breid zo beetje bij beetje je dataset uit, en zie of je die nieuwe data kunt combineren om verder te rekenen...

simon op 27 september 2017 om 18:45

Ik begrijp niet wat u bedoelt?

Ik zie overigens nog wel wat dingen die je zou kunnen berekenen:
de component langs de helling van de zwaartekracht op de trein bijvoorbeeld? En de toegenomen zwaarte-energie na 100 m rijden is misschien ook wel bruikbaar...

Jan van de Velde op 27 september 2017 om 19:14

simon plaatste:

Ik begrijp niet wat u bedoelt?
de component langs de helling van de zwaartekracht op de trein bijvoorbeeld?

Simon op 27 september 2017 om 19:36

Bedoelt u de wrijvingskracht? begrijp het niet precies . En is me beredenering bij 2 goed als ik erbij toevoeg dat hij ook sneller gaat doordat de rolwrijving minder is bij een eeven grote vermogen.

Jan van de Velde op 27 september 2017 om 19:41

Simon plaatste:

Bedoelt u de wrijvingskracht?

Nee, ik bedoel de component van de zwaartekracht (Fz) langs de helling, die ervoor zorgt dat de trein, rem- en motorloos, van de helling naar beneden zou gaan rollen, zoals hierboven getekend (groen) .
Als je niet met krachtontbindingen kunt omgaan houdt dit probleem hier op.

Simon plaatste:

En is mijn beredenering bij 2 goed als ik erbij toevoeg dat hij ook sneller gaat doordat de rolwrijving minder is bij een even groot vermogen.

daar wordt je redenering al een stuk beter mee.

Simon op 27 september 2017 om 19:45

Wat mis ik nog bij twee om het complete verhaal te begrijpen? Verder begrijp ik wat voor kracht u bedoelt maar ik heb nooit een opgave gehad waar ik zoiets moest betekenen. Ik zit in havo4 als dat helpt?

Jan van de Velde op 27 september 2017 om 20:09

volgens mij is dit sommetje een beetje over the top voor havo 4, ik schat het eerder op vwo6.

en nogmaals, als je nooit eerder iets hebt gehad over ontbinden van krachten houdt het daar op.

groet, Jan

Simon op 27 september 2017 om 21:21

Het zijn ook plus opgaves mischien komt het daardoor. Het is ook niet verplicht of iets, het was voor mijn eigen kennis. Maar zou u tenminste mij een uitwerking kunnen geven zodat ik tenminste het probleem inzie en wat ik mischien nog niet helemaal begrijp.

groet,

Jan van de Velde op 27 september 2017 om 22:40

Eenmaal die zwaartekracht ontbonden en daarbij opgeteld de totale rolwrijving op de trein (het zal overal om stalen wielen op stalen rails gaan, dus die is één op één omrekenbaar van die wagon naar die trein) ken je de totale kracht die de loco uitoefent om de gehele trein met de gegeven constante snelheid de helling op te sleuren. (snelheid constant dus nettokracht 0)

op vergelijkbare wijze bereken je hoeveel kracht nu overschiet door het wegvallen van die ene wagon.

dat is je nieuwe nettokracht, daarmee kun je een versnelling berekenen.
Uit bewegingsvergelijkingen volgt dan uiteindelijk een nieuwe snelheid na 100 meter.

En er zijn nog wel meer wegen die naar Rome leiden.

Elk voor zich zijn die stappen niet zo moeilijk. Maar al die stappen zelf gaan bedenken in havo4 vind ik erover. Als je deze in vwo-6 op tafel gooit komt de helft er ook niet uit.

Simon plaatste:

natuurkunde is niet mijn sterkste vak.

Tip: concentreer je dan beter op wat je wél kunt behappen, in plaats van op de triple-plusopgaven. Leer je meer van. Een cursusje krachten samenstellen en ontbinden is ook nooit weg:

https://www.wetenschapsforum.nl/index.php/topic/41633-microcursus-krachten-samenstellen-en-ontbinden/

Succes, Jan

elektrische trein op helling

Reacties

Plaats een reactie

Cookie-instellingen