Berekenen valsnelheid t.o.v. rijsnelheid

Mark stelde deze vraag op 16 december 2018 om 17:26.
Hallo allemaal,

Ik probeer met behulp van natuurkunde een vraagstuk op te lossen m.b.t. mountainbiken:

Het doel is om te achterhalen in welke van onderstaande situaties de demper van de MTB het snelst ingedrukt zal worden, en om dit wetenschappelijk te onderbouwen.

situatie 1. MTB rijdt met een snelheid van 20km/u tegen een boomstronk van 5cm aan. Hierdoor zal de demper iets ingedrukt worden.

Situatie 2: MTB rijdt van een platform af van 1m hoogte, en raakt hierbij de grond. Ook hier zal de demper ingedrukt worden.

Ik wil hierbij buiten beschouwing laten dat je, indien je van dat platform rijdt, jezelf als veer gebruikt en daarmee de klap mede-opvangt, en dat je wellicht op 2 wielen tegelijk terecht komt waarbij de kracht verdeeld wordt tussen 2 dempers.

Ook wil ik buiten beschouwing laten dat de hoek waarmee de demper ingedrukt wordt variabel is. Dus gewoon in beiden gevallen met een hoek van 90 graden.

Het gaat dus puur om 1 demper die of door valsnelheid ingedrukt wordt, of door rijsnelheid.

Ik zou verwachten dat het niet uitmaakt in welke richting de kracht gaat, maar dat de uiteindelijke snelheid van de kracht bepaalt hoe ver de demper ingedrukt wordt.

Rijdt je dus harder dan dat je valt, dan is deze kracht groter. Maar val je harder dan je rijdt, dan is die kracht groter.

Of zie ik dan iets over het hoofd?

 

Alvast bedankt!

Mark

Reacties

Theo de Klerk op 16 december 2018 om 17:49
Het komt allemaal op hetzelfde neer (net als airbags): het principe hierachter is de stoot:  kracht x tijd van uitoefening

F Δt = m Δv   (feitelijk niks anders dan de bekende F = ma = m Δv/Δt )

De kracht die een demper induwt wordt bepaald door hoelang het duurt dat een mountainbike tegen een obstakel tot stilstand komt. Als de demper een veer is met veerconstante C dan zal de demper ingeduwd worden over een afstand u waarbij F = Cu. Stijve veer, weinig induwing. 

De kracht moet wel in de richting van de demper werken: een demper die bij op/neergaande bewegingen kan inveren is nutteloos als je ineens een dreun van opzij krijgt. 
Jan van de Velde op 16 december 2018 om 18:15
dag mark,

Dan zie je van alles over het hoofd :(
Je stelt een bijzonder ingewikkelde vraag, en voor antwoorden zouden er stapels aannames gemaakt moeten worden:

In het geval van die boomstronk hangt het af van je snelheid maar ook van de diameter van je wiel:



Hierboven een wieltje met diameter 25 cm, met een rood asje, dat op een stronkje van 5 cm rijdt, steeds ge"fotografeerd" als het een horizontale afstand van 2,5 cm verder was. 
Bij een groter wiel zal die hoogtetoename over een langere tijd en geleidelijker verlopen, waardoor ook de kracht kleiner zal worden. Merk trouwens op aan de boog van de rode puntjes dat de richtingsverandering verre van constant is tijdens deze "klim", en de kracht dus ook niet constant zal zijn.

En wil je hieraan rekenen, dan zouden we ook al moeten veronderstellen dat je demper werkelijk alle kracht opvangt, m.a.w. dat jij er op je fiets niks van zou merken, je wiel gaat op en neer, maar jouw zwaartepunt gaat ongehinderd rechtdoor. Want anders moeten we voor de weg van jouw zwaartepunt ook nog eens aannames gaan doen.

De kracht van je demper is dan ook nog eens afhankelijk van de indrukking maar ook van het DEMPEND vermogen. Want een demper is geen veer. Als je je voorvork een eindje indrukt en dan plotseling loslaat, dan blijft je voorwiel niet een tijdje naveren.

Als je hierop een antwoord wil, dan zul je een slowmotion-filmpje van die bewegingen moeten maken, en dan frame voor frame van een aantal punten op dat filmpje de versnelling moeten uitrekenen. Of goeie versnellingsmeters monteren op verschillende punten van jezelf en je fiets om het verloop van de versnellingen en dus de krachten op elk van die punten tijdens elk van deze "stuntjes" te zien. 

Groet, Jan
Mark op 16 december 2018 om 18:19

Hmmm... toch ingewikkelder dan dat ik dacht :(

Maar, kunnen we dan wel veilig aannemen dat één van beiden sneller zal zijn? 

Uiteindelijk gaat het namelijk daar om... Welke is sneller, en waarom?

Jan van de Velde op 16 december 2018 om 19:05
Dus als het ruw moet, en alleen om snelheid gaat:

  1. teken op schaal je wiel en dat stronkje op een ruitjespapier, zoals ik deed. Eerst als hij raakt, en dan een ruitje verder. Meer is niet nodig, want in dat eerste stukje klim vindt, als je goed naar de rode stippen kijkt, de grootste verandering plaats
  2. reken 20 km/h om naar cm/s, en dat naar ruitjes/s.
  3. in mijn voorbeeld legt dat wiel voor één ruitje vooruit een schuine afstand van 1,4 ruitjes af (meet maar na). Hoeveel is dat in jouw voorbeeld? 
  4. Dat geeft je een verhouding van snelheden vlak voor en vlak na het begin van de botsing 

en dan voor die sprong van 1 m hoogte:
  1. reken met v=√(2gh) uit met welke snelheid een voorwerp dat verticaal van 1 m hoogte valt  de grond raakt
  2. tel dat vectorieel op bij de horizontale snelheid waarmee je van die verhoging af reed
  3. en weer heb je een verhouding van snelheden 
En dat geeft je dan een bijzonder ruw idee van krachten die zouden kunnen optreden. 

Plaats een reactie

+ Bijlage

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

Roos heeft achtentwintig appels. Ze eet er eentje op. Hoeveel appels heeft Roos nu over?

Antwoord: (vul een getal in)