Natuurkunde.nl - Windbestendigheid van een fietscaravan berekenen

Windbestendigheid van een fietscaravan berekenen

Piet stelde deze vraag op 02 augustus 2020 om 23:44.

Beste Natuurkunde liefhebbers,

Ik ben bezig met een hobbyproject, het bouwen van een fietscaravan. Nu moet deze caravan natuurlijk zo licht mogelijk zijn om getrokken te worden door een fiets maar wel een redelijk volume zodat je wat binnenruimte hebt om in te leven.

Nu was ik echter bezorgd dat de combinatie van heel licht gewicht met een redelijk oppervlak zou kunnen leiden tot instabiliteit of omkiepen bij een sterke wind. Ik heb niet zoveel verstand van natuurkunde dus ik hoop dat jullie mij in de juiste richting kunnen helpen.

Het gaat mij vooral om de windbestendigheid rijdend, stilstaand zitten er immers mensen in waardoor hij zwaarder is en zal er ook de mogelijkheid zijn om stormlijnen te bevestigen.

De caravan zal naar verwachting tussen de 50 en 80 kg wegen (afhankelijk van de belading, het meeste gewicht zal zich onderin de caravan bevinden op 20-60 cm hoogte). De caravan heeft een wielbasis van 85 cm breed met twee 20 inch wielen aan weerzijde die ongeveer 6 cm breed zijn (contactoppervlakte met de weg is dus circa 6x6 cm per wiel).

De caravan zal ongeveer 2.40 meter lang worden en 1.80 meter hoog, de caravan staat ongeveer 20 cm van de grond door de wielen dus het daadwerkelijke 'windvangende oppervlakte' is opzij 240 x 160 cm (op 20 cm hoogte) en van voren 85 x 160 cm (op 20 cm hoogte).

Nu ben ik vooral bezorgd over zijwind en is mijn vraag, is het mogelijk om (bij benadering) te berekenen hoeveel windkracht nodig zou zijn om een blok van 240 x 160 x 85 cm op 20 cm hoogte van 50 tot 80 kg om te blazen.

Ik hoor het graag,
Groeten,
Piet

Reacties

Theo de Klerk op 03 augustus 2020 om 00:10

>van heel licht gewicht met een redelijk oppervlak zou kunnen leiden tot instabiliteit of omkiepen bij een sterke wind.

Dat betekent dat een (windkracht) een grote moeite moet hebben om de caravan om te blazen. Dat betekent:
- brede wielbasis (draaipunt/omkieppunt op het wiel verst van de wind)
- lage caravan (zo klein mogelijk zij-oppervlak waartegen de wind kan blazen)

Om het natuurkundig allemaal een beetje te berekenen zul je je toch moeten verdiepen in "krachtmomenten" - krachten die zorgen voor roterende/omkiepende objecten. Om stabiel te zijn moet het moment veroorzaakt door het gewicht (veel) groter zijn dan het moment door de wind veroorzaakt.

In de bovenstaande figuur moet je dus zorgen dat gewicht x d1 >> windkracht x d2

Jan van de Velde op 03 augustus 2020 om 02:58

dag Piet,

Ik zou wat anders bedenken.

gewicht bij een massa van 50 kg ≈ 500 N
d1 uit Theo's schets 0,3 m.
moment van het gewicht dus 150 Nm

d2 uit Theo's schets wordt met de situatie die jij schetst (0,2 + 1,6/2) = 1 m
Met een moment van 150 Nm is 150 N dus genoeg om de zaak omver te duwen.

F_w= ½C_wρAv²

150 = 0,5 x 1 x 1,3 x (1,6 x 2,4) x v²
Voor de stroomlijnfactor C_w ik maar die van een vlakke plaat, 1.

En dan is een windsnelheid van 8 m/s genoeg om dat ding om te leggen. Dat is de bovenkant van windkracht 4. Kortom, fiets op een windstille dag langs een provinciale weg en er dendert een vrachtwagen langs, en dan lig je al. Eigenlijk is het ding vanaf windkracht 3 al niet meer betrouwbaar, want wind is niet iets constants, bij windkracht 3 heb je al heel de dag stoten van windkracht 4 tussendoor.

Kortom, ik zou een opvouwbare versie bedenken... Scheelt ook kuitspieren bij tegenwind.

Groet, Jan

Windbestendigheid van een fietscaravan berekenen

Reacties

Plaats een reactie

Cookie-instellingen