Praktische opdracht Videometen

Sara stelde deze vraag op 11 december 2020 om 21:56.

 Hallo,

Voor school moet ik een praktische opdracht maken en we moesten wat filmen. Onze onderzoek moesten we met behulp van Videometen in Coach 7 uitwerken.
Wij hebben een persoon gefilmd die van een schommel afspringt en onze onderzoeksvraag is: 
 - Wat voor een invloed hebben de tegenwerkende krachten op de persoon?

Nu moeten we met behulp van de grafieken in Coach 7 ( dus de X, Y en afgeleide functies) onze onderzoek verder uitwerken, alleen weet ik niet zo goed hoe we met de snelheid en afgeleide functies onze onderzoeksvraag moeten beantwoorden? 

Weet u misschien hoe we de invloed van bijv. de luchtweerstandskracht moeten berekenen aan de hand van onze grafieken? Dus welke formule is daar geschikt voor? 

Reacties

Jaap op 11 december 2020 om 23:23
Dag Sara,
De uitvoering van jullie idee voor de opdracht is een hele uitdaging!
Als tegenwerkende kracht noem je terecht de luchtweerstandskracht Flucht.
Zonder de film te hebben gezien, vermoed ik dat Flucht op de springende persoon zeer klein is in vergelijking met de zwaartekracht. Daardoor zal het moeilijk zijn om de grootte van Flucht met de diagrammen van Coach te bepalen. Flucht op de springer verandert slechts heel weinig aan de beweging bij deze lage snelheid.
Je kansen zijn beter als je bij voorbeeld een film maakt van een vallende kegel die je van dik papier maakt. Een wijde, niet spitse kegel ondervindt immers veel Flucht in vergelijking tot de zwaartekracht. Laat je de kegel vanaf een meter of drie vallen, dan zal de tegenwerkende Flucht zich wel vertonen in een Coach-diagram met de tijd horizontaal en de valsnelheid verticaal.
Sara op 12 december 2020 om 13:47
Hallo, bedankt voor uw antwoord.
Maar we moeten het toch wel uitwerken.
Maar kunnen we dan niet de formule van luchtweerstand gebruiken en de snelheid van onze coach diagram in de formule zetten. Wat moeten we dan bij dichtheid en Cw-waarde invullen?
We hebben de frontale oppervlak wel gemeten, en het berekenen van de zwaartekracht is niet zo lastig. Ik had nog een vraagje, waarom werkt er geen normaal kracht op de persoon tijdens het springen? Alvast bedankt voor uw hulp!
Jaap op 12 december 2020 om 14:07
Dag Sara,
In de formule voor de luchtweerstand

is ρ de dichtheid van de lucht, die je in Binas kunt vinden.
Voor Cw, ook wel Cd genoemd, kun je een schatting maken met de figuur, waarin D staat voor de luchtweerstand.
Een normaalkracht wordt uitgeoefend door een ondersteunend vlak, bij voorbeeld de vloer of een helling. Is er dan een normaalkracht, nadat de persoon is losgekomen van de schommel en voordat zij op de grond komt?
Sara op 12 december 2020 om 14:35
Heel heel erg bedankt voor uw snelle antwoord,

Is de luchtweerstandskracht dan: 9,81 x massa van persoon?
en dan kan ik dat in de bovenste formule invullen en zo de cw-waarde berekenen? 
Nee, er is dan geen normaalkracht tijdens het springen, maar wel als de persoon uiteindelijk op de grond belandt. 

Nog een vraagje, met welke formules bereken we de snelheid (van de persoon die springt ) met luchtweerstand en zonder, zo kunnen we dus nagaan hoeveel invloed de luchtweerstand heeft gehad op de persoon, en zoals u eerder had gezegd dat het niet veel is, maar we moeten het toch wel laten zien.  Ik heb onze grafieken van Coach 7 toegevoegd. Bedankt voor uw moeite.
Jaap op 12 december 2020 om 16:41
Dag Sara,

Je vraagt: "Is de luchtweerstandskracht dan: 9,81 x massa van persoon?"
Nee. Zoals je weet, is 9,81 maal massa de zwaartekracht op de persoon. De zwaartekracht is tijdens zo'n beweging door de lucht alleen gelijk aan de luchtweerstandskracht als de snelheid niet verandert. Dat gebeurt soms tijdens een parachutesprong. Maar dat kun je in jullie proef niet verwachten.

Je vraagt ook: "met welke formules bereken we de snelheid [...] met luchtweerstand en zonder"?
Dat kan ik nu nog niet zeggen; misschien iemand anders wel.

Om je met je diagrammen te kunnen helpen, zou ik graag het volgende weten.
a. In welke klas (schooltype en leerjaar) zit je?
b. Heb je bij natuurkunde al de volgende begrippen geleerd: nettokracht (=somkracht, resulterende kracht, resultante), arbeid, bewegingsenergie (=kinetische energie), zwaarte-energie (=hoogte-energie)?
c. Zijn de groene stippen in schermopname 6 de meetpunten die je met videometen hebt verkregen? Heb je er in totaal ongeveer 20, of meer?
d. Wat betekenen "P1X" en "P1X2" precies die bij de verticale as van schermopname 6 staan?
e. Als "P1X" gaat over de plaats van de persoon, hoe is dat dan gemeten: horizontaal of verticaal vanaf de schommel, of schuin langs de baan die de persoon volgt?
f. Op welk tijdstip en welke plaats komt de persoon los van de schommel? Is dat de meest linkse groene stip in schermopname 6? Zo nee, op welk tijdstip en welke plaats komt de persoon dan wel los?
g. Kun je in je eigen woorden uitleggen wat betekent "dFit van P1X2/dtijd" bij de verticale as van schermopname 7? Wat is dat, natuurkundig gesproken?
Sara op 12 december 2020 om 22:51
Ik probeer zo goed mogelijk uw vragen te beantwoorden
We werken in een tweetal en zitten allebei in 5 vwo.
b. Ja, die begrippen hebben we geleerd.
c. Ja, de groene stippen zijn de stippen die we zelf hebben gezet tijdens het videometen met Coach. Het waren er precies 20 denk ik.
d. P1X is de afstand van de sprong, en die hadden we zelf ook gemeten en het was ongeveer 90 cm
P1X2, dat onder P1X staat is een trendlijn die we hebben toegevoegd in Coach. 
e. we hebben het horizontaal gemeten.
f. Ja, dat is de eerste, ofwel de linkse groene stip in schermopname 6, waar de persoon los komt van de schommel. 
g. dFit van P1X2/dtijd is de afgeleide functie die we in Coach hebben berekend, ofwel de snelheid.
Hopelijk waren mijn antwoorden duidelijk en bedankt voor uw hulp!
Sara op 12 december 2020 om 22:57
- De versnelling is te zien in schermopname 8.

nog een vraagje over het figuur die u eerder had gestuurd over de Cw-waarde:
- is de Cw-waarde dan 1,28 van de persoon die springt? 
Jaap op 13 december 2020 om 00:07
Dag Sara,
Dank voor de duidelijke antwoorden.
Ja, voorlopig kun je ruwweg uitgaan van Cw=1,28.
De persoon die van de schommel springt, noem ik Fleur (als het Ahmad of Agnieszka was, is het ook goed).
Als ik het goed begrijp, bewoog Fleur na het loskomen van de schommel in zij-aanzicht met een BOOG door de lucht: opzij en omlaag. En gaan de drie schermopnamen alleen over de HORIZONTALE beweging (x-richting). Laat het alsjeblieft weten als dat niet zo is.

Je schrijft: "P1X is de afstand van de sprong, en die hadden we zelf ook gemeten en het was ongeveer 90 cm". Ik zoek die 90cm in je schermopnamen. Op opname 6 staat de meest linkse groene stip ongeveer bij 1,9m (kijk verticale as) en de meest rechtse stip bij 2,2m. Daar zit geen 90cm tussen. Dat snap ik niet.
a. Kun je uitleggen hoe dat zit? Is 1 meter op de verticale as van opname 6 wel 1 meter in het echt?

Vaak wordt bij videometen een ding met een bekende lengte gefilmd, bij voorbeeld een bordliniaal van 1 meter, zodat je aan Coach kunt vertellen dat de lengte van die liniaal op de film gelijk is aan 1 meter in het echt.
b. Heb je zoiets gedaan?

Volgens schermopname 7 neemt de horizontale snelheid (x-richting) af. Dat kan tijdens de beweging door de lucht alleen gebeuren door de luchtweerstand op Fleur. Want de verticale zwaartekracht kan haar horizontale beweging niet veranderen. Laat het alsjeblieft weten als dit niet klopt.
Laten we kijken naar de grootte van de luchtweerstand. Stel dat Fleur een massa heeft van 65kg en een frontaal oppervlak A=1m^2.
Volgens je schermopname 8 is de versnelling alleen al in horizontale richting -1,64m/s/s (dat klopt met schermopname 7; min betekent dat haar snelheid MINder wordt).
Tweede wet van Newton, horizontaal, zonder min: Fx=m*a=65*1,64=106,6N
Dat moet dan de luchtweerstandskracht zijn, nog afgezien van de verticale beweging.

Dan is de horizontale snelheid v=11,3m/s.
Maar zo'n hoge snelheid is niet te zien in schermopname 7.
Een snelheid van 11,3m/s zou Fleur pas krijgen na een vrije val van 6,57meter.
Dat kun je haar niet aandoen.
Kortom: ik snap het verband tussen je schermopnamen en de werkelijkheid niet.
c. Kun je opheldering geven?
d. Heb je iets gemeten aan de verticale beweging?
Sara op 14 december 2020 om 00:22
Hallo,
heel erg bedankt dat u ons zo goed mogelijk wilt helpen en er veel moeite in steekt, maar eerlijk gezegd is onze probleem ook dat we niet veel van die grafieken snappen, maar we proberen zo duidelijk mogelijk te zijn. Ik heb een nog een schermopname van coach toegevoegd in de bijlage, misschien is die wat duidelijker. De afstand van de sprong, dus van de schommel tot waar de persoon op de grond belandde is 90 cm, in de schermopname ziet u een rode lijn met 1,8 m, die klopt dan niet helemaal, maar als u de afstand van de schommel t/m waar ze is belandt meet, komt u ongeveer op 1,5 cm, dus de schaal is rond de 1:60, misschien helpt dit een beetje. Ik denk dat het handiger is als we onze coach grafieken opnieuw maken. Maar als u naar grafiek P1X kijkt, dan zit er ongeveer 0,60 m tussen, dus het komt ongeveer wel overeen met mijn schaal. P1Y geeft de hoogte weer van de persoon die springt. Dit is alle informatie die ik kon geven, hopelijk was het duidelijk genoeg.
Jaap op 14 december 2020 om 01:28
Dag Sara,
a5. De nieuwe afbeelding helpt: het videobeeld links boven en het diagram met P1Y (verticaal). Nog meer zou helpen als je hier de hele video-opname zou plaatsen (privacy??) zodat zichtbaar wordt wat er nu precies gebeurt en gemeten wordt.
b5. Een nauwkeurig antwoord op de vraag "Is een meter op de as van je diagram ook een meter in het echt?" is essentieel voor de uitwerking. Als die schaalverhouding slechts "ongeveer een beetje" bekend is, kun je geen realistisch resultaat voor de luchtwrijving verwachten.
c5. Een stap terug, naar je onderzoeksvraag: "Wat voor een invloed hebben de tegenwerkende krachten op de persoon?" Met deze vraag kun je allerlei antwoorden beschouwen als "Juf, we zijn klaar, geef ons maar een 10". Bij voorbeeld een diagram met twee grafieken: zonder en met luchtwrijving. Of de (gemiddelde) waarde van de luchtwrijvingskracht gedurende de vlucht. Zulke verschillende antwoorden vereisen verschillende stappen bij de uitwerking. Dus: welk resultaat wil je precies bereiken?
d5. Jullie videometingen zijn niet spectaculair nauwkeurig. Bovendien is het een beweging in twee dimensies: opzij en omlaag. Daardoor lijkt het mij vrijwel onmogelijk om uit de film een realistische waarde te bepalen voor de grootte van de luchtwrijvingskracht. Vandaar mijn suggestie over een vallende kegel. Een diagram met twee grafieken (zie c5: videometing schommel en wellicht een berekening) lijkt wel haalbaar.
Sara op 14 december 2020 om 19:47
Beste Jaap, het is ons uiteindelijk toch gelukt, we hebben een energievergelijking gemaakt. Met behulp van de vrijgekomen warmte hebben we de invloed van luchtweerstand uitgelegd.
We hebben onze grafieken in coach opnieuw gemaakt en dit keer veel nauwkeuriger. 
Nogmaals bedankt voor uw uitleg. 

Plaats een reactie

+ Bijlage

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

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

Antwoord: (vul een getal in)