Aanvullende informatie:
oppervlakte deksel: 0,5368 m³
Massa deksel: 0,515 kg
Hoek: 30 graden
Hoogte middelpunt deksel: 1,05 meter (grond tot middelpunt deksel)

Teken de situatie eens met alle gegevens. Het deksel moet openklappen.
Dat "ruikt" naar gebruik van de momentenwet. 
Welke kracht oefent de wind uit op deksel (denk aan aangrijping in midden), welke kracht oefent de zwaartekracht uit op het deksel. Als het deksel onder 30º in evenwicht is, zijn beide momenten even groot (en tegengesteld gericht). Als het moment van de wind groter is, klapt het deksel open. Daarvoor is een minimum kracht nodig - grotere krachten doen het alleen sneller gaan.
Bij het openklappen neemt het effectieve oppervlak ook toe waardoor met minder krachtige wind (druk) toch evenveel kracht op het (grotere) oppervlak wordt uitgeoefend (F = pA = druk x oppervlak) om het deksel open te klappen.

Dus... probeer eens...

@Theo de Klerk ik heb hiervan een berekening gemaakt (deze is bijgevoegd in de bijlagen). Als u tijd heeft, kunt u hiernaar kijken en eventuele op- of aanmerkingen geven.

Groet, Luc

Een oppervlakte (in m²) is geen volume (m³) dus de berekening van de massa van het deksel (eerder als 2 kg opgegeven, later ineens 0,515 kg) kun je zo niet  berekenen tenzij je ook de dikte kent.
Wat soms gebeurt (bij overal even dikke materie) dat een dichtheid als kg/m² wordt gegeven: de dichtheid is dan alleen afhankelijk van het oppervlak, omdat het volume steeds met dezelfde dikte wordt vermenigvuldigd. Het is ook een ander soort dichtheid:
echte dichtheid:  massa/volume = m/V
oppervlakte dichtheid: massa/oppervlak = m/A 
zodat feitelijk
echte dichtheid = m/V = m/(A.d)  als d de dikte is.

En windkracht druk je uit in newton (= kg m/s²) , niet in kg/m³ 
De kracht op effectief oppervlak is  druk x oppervlak ( N/m² x m² = N), niet kg/(m/s)

Dus zonder naar de rest te kijken, denk ik dat je eerst eens de basiseigenschappen van kracht, druk en momentenstelling moet opfrissen.

Theo (@Theo de Klerk),
Dank voor uw feedback. Ik heb het aangepast en de nieuwe versie bijgevoegd in de bijlagen. Mocht u tijd hebben, zou u hier naar kunnen kijken. Alvast bedankt!

ps. de dikte in de excel staat nu op 0,2 cm (0,002m) in het rood, omdat ik deze nog moet opzoeken/meten.

Groet, Luc

De opmerking erin:

Conclusie:
De deksel van de bak waait open als de kracht van de wind (F_wind) groter is als de zwaartekracht die de deksel naar beneden drukt, ofwel als: F_wind>F_zw

is fout. Het moment van de wind moet groter zijn (F_wind x arm_wind) dan dat van de zwaartekracht op het deksel. Daar valt en staat de hele berekening mee.

En naarmate de deksel verder open gaat wordt de arm langer, het effectieve oppervlak groter, en neemt het moment van de wind toe. Tegelijk wordt de arm voor de zwaartekracht kleiner en daarmee diens moment.

De massa van het deksel wordt bepaald door diens volume of inhoud. Niet het oppervlak (dat in m² moet worden gegeven en niet in m³ zoals jij doet - de dikte ontbreekt nog. Mijn eigen kliko's bekijkend denk ik dat die 3-4 mm zal zijn). De Excel formule achter het vak bekijkend, doe je dat ook met een dikte van 2 mm maar vermenigvuldig je niet lengte x breedte x dikte maar diagonaal x breedte x dikte. Da's fout!

De kracht van de wind wordt bepaald door de hoeveelheid lucht die per seconde op het deksel botst (en daardoor wordt afgeremd en de druk veroorzaakt a.g.v. een impulsverandering van de lucht). Als handig hulpmiddel in dit geval is de formule voor de wrijvingskracht te gebruiken: de windkracht F = 1/2 ρ_lucht C_w Av²  waarvoor alles bekend is om F te berekenen (A is het effectieve dekseloppervlak).

Excel is op zich een goed middel om stap-voor-stap (voor verschillende hoeken bijvoorbeeld, maar kan ook (wat moeizamer) als stappen in de tijd) uit te rekenen hoe groot de verschillende onderdelen van de berekening veranderen.

Goedemorgen Theo (Theo de Klerk),


Ik heb het aangepast en de nieuwe versie bijgevoegd. Ik denk dat het nu redelijk klopt. Als u tijd heeft, kan u er dan misschien nog naar kijken? Ik hoor graag van u.

Met vriendelijke groet,
Luc

Inhoud bij "massa deksel" wordt nog steeds met diagonaal x breedte x dikte gemeten. Diagonaal moet lengte zijn.

Massa lucht wordt wel met lengte x breedte x hoogte berekend, al weet ik niet waar die waarden vandaan komen. (lengte 0,88 komt overeen met diagonaal 0,88 van deksel??). Berekend lijkt te worden de hoeveelheid lucht die in plaats van het deksel zou kunnen zitten. Da's onzinnig.  (bij een snelheid v komt er per seconde een lengte x breedte x snelheid kolom aan lucht op dat deksel).

Het kracht moment, waar het letterlijk om draait, zie ik nog steeds nergens.

Wat je wilt uitrekenen is:
1) armen van zwaartekracht en wind bij gegeven hoek
2) deksel waait verder open als moment zwaartekracht <= moment wind (en daarna steeds makkelijker: een vertikaal open deksel slaat met het kleinste zuchtje wind helemaal achterover en open)
3) luchtkracht kan berekend worden uit de luchtwrijving op het effectieve dekseloppervlak bij bekende snelheid v

Bijgaand een berekening voor een bepaalde windsnelheid (handmatig varieren) bij een hoek tussen 0 en 90 graden. 
Het is een benadering: de weerstandscoefficient varieert met de vorm (effectief oppervlak) van het deksel (dat lijkt dicht een lijntje, tussenin op een smalle rechthoek, geheel open een rechthoek - weerstandscoefficient verandert daarbij van 1 naar 1,9) en er is een vaste waarde voor alle hoeken genomen.

De snelheid moet je zelf ingeven want Excel kan in 1 sheet niet 2 onafhankelijke zaken tegelijk berekenen: bij een windmoment hoort een snelheid. Verander de snelheid, dan verandert het moment. Het moment van de zwaartekracht verandert niet. Voor elke M_zw zouden een heleboel M_lucht moeten worden berekend voor de verschillende snelheden. Dat kan Excel niet in een stap. Dus moet je de snelheid (uit Beaufort afgeleid) zelf varieren.

Goedemorgen Theo de Klerk,

Enorm bedankt voor uw hulp! Ik heb alleen één vraagje over uw bestand. U geeft aan dat de dichtheid van de deksel 0,97 kg/m^3. Hierbij is de deksel 9 gram. Dit lijkt mij onrealistisch. Op internet staat namelijk ook dat de dichtheid van het materiaal tussen de 0,95 g/cm^3 en 0,97 g/cm^3. Is de dichtheid dan niet (gemiddeld) 960 kg/m^3? Hierbij komt de deksel dan weer uit op 9kg wat mij ook onrealistisch lijkt. Ik hoor graag van u.

Groet, Luc

Mijn fout. Dan heb ik te snel wat gegevens uit jouw eerdere rekenblad overgenomen en niet naar de dimensie (g/cm3) gekeken. En daarna ook nog eens de "redelijkheidscheck" overgeslagen of de berekende waarde (9 g) realistisch is. Dubbel dom - goed opgemerkt!

1 g/cm3 = 0,001 kg/0,000001 m3 = 1000 kg/m3 
Dus 0,95 g/cm3 = 950 kg/m3

Een deksel van 9 kg lijkt ook wat zwaar (ik zou eerder denken aan/schatten op 2-3 kg)  - maar lengte x breedte x dikte x dichtheid is wel de massa. Kloppen de afmetingen dan wel of is de dichtheid fout? Voor een blok plastic van 1 m3 lijkt me 950 kg ook wel veel.

Hoi Theo,

Ik zie nu waar de fout zit. De dikte van de deksel stond op 0,03m, in plaats van 0,003 meter. Hierdoor komt de massa van de deksel uit op 1,41 kg (0,88*0,557*0,003 *960) wat realistisch lijkt. Hartstikke bedankt voor uw hulp en een fijne dag!

groet, Luc

Ik bedacht me ineens dat je weliswaar niet 2 onafhankelijke waarden kon uitrekenen op 1 blad, maar je kunt natuurlijk wel vragen welke snelheid v minimaal nodig is zodat het wind-moment het zwaartekracht-moment (dat bekend is) overtreft en daarmee het deksel verder openwaait.

Daarvoor moet (A = eff oppervlak, d = arm wind)



Dat heb ik als extra kolom in de spreadsheet opgenomen (en eerdere dichtheid en dikte fouten aangepast)

Top! Zo is het een kloppend en mooi document geworden, nogmaals enorm bedankt.

groet, Luc