snelheid van een schommel

marijn stelde deze vraag op 09 maart 2021 om 00:18.

 ik wilde een snelheid tijd diagram maken van een schommel. de schommel wordt niet geduwd en wordt allleen van een uitwijking van 150 cm losgelaten. ik had metingen gedaan van telkens 10 schommelingen en de duur hiervan was bij vrijwel elke uitwijking gelijk. ik vroeg me af of dat als ik iemand 1 keer duw op de schommel en daarna niet meer of de snelheid langs de evenwichtsstand waar normaal dus de snelheid maximaal is de hele tijd gelijk is totdat de schommel stilstaat. zou iemand mij kunnen uitleggen of de snelheid van de schommel rond de evenwichtsstoestand de hele tijd gelijk is als de uitwijking van de schommel afneemt. en als het blijkt dat de snelheid afneemt hoe kan ik mogelijk berekenen met hoeveel deze snelheid afneemt? 

Reacties

Theo de Klerk op 09 maart 2021 om 01:36
De slingertijd is niet afhankelijk van de uitwijking. Alleen van de lengte van de slinger en de gravitatieversnelling (de slinger zit niet meer in het examenprogramma).
Of je nu een keer of een aantal keren op het juiste moment een zet geeft, voert energie toe aan de slingering. De amplitude neemt toe. De slingertijd niet.
De snelheid door de evenwichtsstand verandert want die is wel afhankelijk van de amplitude zoals BiNaS (of je boek) je toont voor de formule voor de maximale snelheid.
Als de schommel afremt door wrijvingsverliezen neemt de amplitude af (maat voor de energie) maar niet de slingertijd.
Jaap op 19 mei 2022 om 14:32
Dag Marijn,
Je vraagt: 'zou iemand mij kunnen uitleggen of de snelheid van de schommel rond de evenwichtsstoestand de hele tijd gelijk is als de uitwijking van de schommel afneemt. en als het blijkt dat de snelheid afneemt hoe kan ik mogelijk berekenen met hoeveel deze snelheid afneemt?'

Kort antwoord
Naarmate de maximale uitwijking tot een omkeerpunt afneemt, wordt de snelheid in de evenwichtsstand kleiner. Je kunt met een numeriek model (dynamisch model) berekenen hoeveel de snelheid afneemt. Er is geen formule bekend om rechtstreeks te berekenen hoeveel de snelheid in een zekere tijd afneemt.

Langer antwoord
a. De schommel beweegt langs een cirkelboog. De kracht langs de cirkelboog die de schommel terugdrijft naar de evenwichtsstand, is een component van de zwaartekracht. Deze component is bij benadering recht evenredig met de huidige uitwijking uit de evenwichtsstand.
Als er geen demping is, kunnen we afleiden dat de snelheid in de evenwichtsstand is

x0=1,5 m is de beginuitwijking of amplitudo, gemeten langs de cirkelboog
g=9,81 m/s² is de valversnelling
L is de lengte van de schommel, zeg L=3,5 m
Zonder demping is de snelheid in de evenwichtsstand telkens even groot.
b. In de praktijk wordt de beweging van de schommel geremd. De demping komt grotendeels voor rekening van een luchtweerstandskracht volgens Fw=k·v² met k is een dempingsconstante en v is de huidige snelheid.
Bij het samenspel van de zwaartekracht en de luchtweerstand verandert er veel tegelijkertijd. Hierdoor is het niet mogelijk een formule af te leiden waarmee we de snelheid in de evenwichtsstand na een gekozen tijd t kunnen berekenen.
De bovenstaande formule geeft vmax bij benadering. Maar:
• x0 neemt af door de demping → welke x0 moeten we invullen?
• met de formule kunnen we niet vmax op een gekozen tijdstip berekenen
• de formule is juist afgeleid voor de situatie zonder demping en maakt bovendien gebruik van een benadering die met het verstrijken van de tijd steeds minder goed klopt
c. We kunnen de snelheid in de evenwichtsstand wel nauwkeurig berekenen met een numeriek model (dynamisch model), bij voorbeeld met het programma Coach. Bij zo'n model 'knippen we de tijd in stukken', berekenen we wat er gebeurt in elk stuk, en plakken we de stukken achter elkaar.
De onderstaande figuur is gemaakt met zo'n model, uitgaande van een schommelende massa van 50 kg en een zodanige dempingsconstante dat vmax in een minuut wordt gehalveerd.
De snelheid in de evenwichtsstand neemt gestaag af. De afname is geen bekende functie van de tijd. Het is geen eenvoudige machtsfunctie of e–macht.
Groet, Jaap

Gert Kiers op 20 mei 2022 om 12:05
In een grafiek waarin de uitwijking tegen de tijd is uitgezet, zie je aan de steilheid van de grafiek in de evenwichtsstand dat de snelheid afneemt als de amplitude kleiner wordt. (Let op: T verandert niet!)

Plaats een reactie

+ Bijlage

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

Noortje heeft zes appels. Ze eet er eentje op. Hoeveel appels heeft Noortje nu over?

Antwoord: (vul een getal in)