luchtweerstandskracht
Lotte
stelde deze vraag op
06 juli 2020 om 12:39.
Hoi,
Ik moet een oefentoets maken van natuurkunde en ik snap deze twee opdrachten niet zo goed:
Vanuit de ruimte keren astronauten in een capsule terug naar aarde. De massa van de capsule inclusief bemanning is 3,2∙103 kg. De zwaartekracht is 3,1∙104 N.
In de dampkring neemt de snelheid van de capsule af door de luchtweerstandskracht. Voordat de parachute opengaat, neemt de snelheid in 1 minuut af van 2 tot 1 km s−1.
7) Bereken de gemiddelde grootte van de luchtweerstandskracht gedurende deze minuut.
Vervolgens remt de capsule verder af met behulp van een parachute met een frontale oppervlakte van 1,2∙103 m2. De luchtweerstandscoëffiënt is dan gelijk aan 1,1. Het laatste deel van de afdaling daalt de capsule aan de parachute met een constante snelheid. De luchtwrijvingskracht wordt gegeven door Fw=0,5*c*A*ρ*v2.
8) Bereken deze constante snelheid.
Zou iemand hiermee kunnen helpen?
Alvast bedankt.
Lotte Dijkers
Reacties
Jan van de Velde
op
06 juli 2020 om 12:59
Lotte Dijkers plaatste:
Vanuit de ruimte keren astronauten in een capsule terug naar aarde. De massa van de capsule inclusief bemanning is 3,2∙103 kg. De zwaartekracht is 3,1∙104 N.
In de dampkring neemt de snelheid van de capsule af door de luchtweerstandskracht. Voordat de parachute opengaat, neemt de snelheid in 1 minuut af van 2 tot 1 km s−1.
7) Bereken de gemiddelde grootte van de luchtweerstandskracht gedurende deze minuut.
dag Lotte,
als je de weg naar het eind niet ziet geldt deze tegeltjeswijsheid:
- wat zou je bijvoorbeeld kunnen berekenen met een massa en een snelheid?
- wat zou je bijvoorbeeld kunnen berekenen met een tijd en een snelheid?
- enzovoort
Zo krijg je steeds meer gegevens, die je uiteindelijk kunt vastknopen aan die luchtweerstandskracht
Kortom, gewoon maar eens ergens beginnen. Een formuleblad beweging en energie erbij pakken kan daarbij helpen om je op ideeën te brengen.
laat eens weten welke extra gegevens je te voorschijn tovert?
groet, Jan
Lotte
op
06 juli 2020 om 13:11
Hoi Jan,
Bedoel je dan gewoon f en m invullen in de formule f = m * g? Dan kun je g berekenen, maar heb je daar in dit geval echt iets aan?
Lotte Dijkers
Jan van de Velde
op
06 juli 2020 om 13:21
Dat bedoel ik ja. Als je die vraag of je er iets aan hebt zou kunnen beantwoorden zou dat een teken zijn dat je de weg naar het uiteindelijke antwoord zag. En dat is niet zo. Dus of je er iets aan gaat hebben of niet: gewoon doen. Het gaat hoe dan ook steeds om simpele berekeningetjes, dus in de tijd dat je je dat zit af te vragen heb je het uitgerekend ook.
Het ergste dat je kan overkomen is dat je 10 dingen uitrekent waarvan je er 5 uiteindelijk niet gebruikt.
Maak wel een overzichtelijk lijstje met je "nieuwe" gegevens zodat je die ook weer makkelijk verder kunt combineren.
Jan van de Velde
op
06 juli 2020 om 13:30
lijstje ziet er dan intussen zó uit:
m = 3 200 kg
Fz = 31 000 N
vbegin = 2000 m/s
veind = 1000 m/s
t = 1 min = 60 s
g = 9,6875 m/s²
ga verder...
Lotte
op
06 juli 2020 om 13:32
Je kunt dan ook de gemiddelde snelheid berekenen.
Jan van de Velde
op
06 juli 2020 om 13:34
doe dat dan....
lijstje ziet er dan intussen zó uit:
m = 3 200 kg
Fz = 31 000 N
vbegin = 2000 m/s
veind = 1000 m/s
t = 1 min = 60 s
g = 9,6875 m/s²
vgem = 1500 m/s
Lotte
op
06 juli 2020 om 13:36
De vertraging.
Jan van de Velde
op
06 juli 2020 om 13:39
pourquoi pas....
m = 3 200 kg
Fz = 31 000 N
vbegin = 2000 m/s
veind = 1000 m/s
t = 1 min = 60 s
g = 9,6875 m/s²
vgem = 1500 m/s
a = -16,6667 m/s²
Lotte
op
06 juli 2020 om 13:46
Maar nu heb ik even een vraag tussendoor, ik heb even in mijn boek gekeken en er staat nou niet heel duidelijk hoe je de luchtweerstandkracht berekent. Is het gewoon de luchtwrijving, dus Fw=0,5*c*A*ρ*v2?
Jan van de Velde
op
06 juli 2020 om 13:54
Lotte plaatste:
Maar nu heb ik even een vraag tussendoor, ik heb even in mijn boek gekeken en er staat nou niet heel duidelijk hoe je de luchtweerstandkracht berekent. Is het gewoon de luchtwrijving, dus Fw=0,5*c*A*ρ*v2?
Dat is één van de vele manieren. Vraag is alleen, als je die wil gebruiken zul je op een of andere manier aan een A, een
ρ en een C
w moeten zien te geraken. Ben je met me eens dat dat dus een doodlopende weg wordt? Stomweg bij gebrek aan gegevens? Kortom, niet langer op blindstaren, gewoon doorgaan met je lijstje uit te breiden. De kortste pad vanaf het huidige lijstje naar het eindantwoord zijn twee simpele sommetjes.
Al eens een krachtenschetsje gemaakt?
Maar je kunt ook nog andere kanten op, wat langere wegen, maar dan kom je er ook. Er valt nog van alles te combineren.
Lotte
op
06 juli 2020 om 13:59
Ik zie even niet welke sommetjes je bedoelt.
Jan van de Velde
op
06 juli 2020 om 14:10
Die moet je ook niet zoeken, die kom je vanzelf tegen als je doorgaat met combineren.
Je moet uiteindelijk naar een F toe, dus hou vooral de formules met een F erin in de gaten elke keer als je iets nieuws hebt berekend
hou ook in de gaten dat je gelijke grootheden zoals krachten, versnellingen e.d. ook bij elkaar kunt optellen, dat zijn formules die gewoonlijk niet in formulebladen staan, zoals F
netto = F
1 + F
2 + ...
Maar je hebt ook nog opties door m en v te combineren, v
gem en t, m en a, tjonge, het bulkt ervan....
sorry dat ik je een beetje laat bungelen, maar als je dit soort puzzeltjes een paar keer hebt gelegd krijg je daarna werkelijk alles opgelost. Even doorbijten...
Lotte
op
06 juli 2020 om 14:18
Fres = m * a
Jan van de Velde
op
06 juli 2020 om 14:22
do your worst :o
Lotte
op
06 juli 2020 om 14:44
Verder weet ik het niet meer.
Jan van de Velde
op
06 juli 2020 om 14:49
?? maar je was er ??
Fres = m·a = 3200 x -16,666666 = -53 333 N
Fres = F1 + F2 + ...
Fres = Fw + Fz
- 53 333 = Fw + 31 000
- 84 333 = Fw
Fw = -84 333 N
Lotte
op
06 juli 2020 om 15:05
Oh, ik had het helemaal niet door! :)
En bij opdracht 8?
Jan van de Velde
op
06 juli 2020 om 15:08
Analyseer dan eerst maar eens waar je probleem zit. Waarop zit je vast?
Lotte
op
06 juli 2020 om 15:19
Lotte plaatste:
Oh, ik had het helemaal niet door! :)
En bij opdracht 8?
Lotte plaatste:
Oh, ik had het helemaal niet door! :)
En bij opdracht 8?
Deze is denk ik gelukt.
Jan van de Velde
op
06 juli 2020 om 15:31
als je dat maar "denkt" is het wellicht nuttig je uitkomst even te laten checken?
Lotte
op
06 juli 2020 om 15:46
Je moet v2 alleen zien te krijgen. Dit krijg je door de rest van de rechterkant te delen:
Fw/0,5*c*A*ρ = v2
Jan van de Velde
op
06 juli 2020 om 16:14
maar hoe groot is v dan volgens jou?
Lotte
op
06 juli 2020 om 16:40
Fw = -84 333 N
c = 1.1
A = 1200 m2
ρ = 1,293 kg m-3
v2 = -84 333 / 0.5 * 1.1 * 1200 * 1,293 = 98.822
v = 9,9 m/s
Jan van de Velde
op
06 juli 2020 om 17:04
je gebruikt de verkeerde kracht: die gold bij het afremmen zonder parachute, en bovendien was toen de snelheid nog niet constant.
Lotte
op
06 juli 2020 om 17:06
Dan moet alleen die 1.1 veranderen toch?
Jan van de Velde
op
06 juli 2020 om 17:15
Nee, die 1,1 , de Cw-waarde, is een factor die afhangt van de vorm (noem het de stroomlijnfactor), in dit geval van die parachute.
zoals ik zei, je gebruikt de verkeerde kracht.
Zwaartekracht trekt hem naar beneden, luchtweerstand trekt hem naar boven, maar bij constante snelheid is de nettokracht 0 en zijn die beide krachten dus aan elkaar gelijk qua grootte, maar tegengesteld in richting.
Lotte
op
06 juli 2020 om 17:21
Hoe doe je het dan?
Jan van de Velde
op
06 juli 2020 om 17:48
Wakker worden...
Het enige dat je fout deed is dat je de verkeerde kracht nam. Bij dit laatste deel van de reentry geldt dit:
bewerkt van https://www.freepik.com/icon/space-capsule_433964
Lotte
op
06 juli 2020 om 18:04
Welke kracht moet ik dan niet gebruiken?
Jan van de Velde
op
06 juli 2020 om 18:16
Lotte plaatste:
Welke kracht moet ik dan niet gebruiken?
deze:
Lotte plaatste:
Fw = -84 333 N..//..
welke kracht wèl geldt vertelde ik je om 17:15 en maakte ik grafisch om 17:48
Lotte
op
06 juli 2020 om 18:21
Fz?
Maar deze is dan toch even groot.
Jan van de Velde
op
06 juli 2020 om 18:29
precies, en daarom is er geen versnelling maar een constante (daal)snelheid. Het ultieme doel van die parachutes.
Lotte
op
07 juli 2020 om 13:06
Dus het antwoord bij v blijft wel hetzelfde? Alleen i.p.v. Fw = -84 333 N is het Fz = -84 333 N.
Jan van de Velde
op
07 juli 2020 om 13:17
Nee.
Fz en daarmee tevens |Fw| = 31 000 N (gegeven), of, beter, omdat dit afdalingsstadium zeer nabij het aardoppervlak is, 3200 x 9,8 N = 31 360 N
Lotte
op
07 juli 2020 om 13:20
Ik snap het niet helemaal meer, wat is nu v?
Lotte
op
07 juli 2020 om 13:27
Is het: v2 = 31 360 / 0.5 * 1.1 * 1200 * 1,293
Jan van de Velde
op
07 juli 2020 om 14:31
jawel, v dus ietsje meer dan 6 m/s
