Rolweerstandscoeffient van een gladde bal met diameter 5 cm

Ayla stelde deze vraag op 11 februari 2024 om 13:08.

 
Hallo, voor een natuurkunde verslag op 6 vwo-niveau moeten wij de luchtweerstandscoëfficiënt bepalen van een balletje dat van een plank afrolt bij verschillende hellingshoeken. In ons model in coach hebben we een een model gemaakt van de beweging en hebben wij een hulpvariabele toegevoegd van Frol, waarbij we de rolweerstandscoëfficiënt vermenigvuldigen met de normaalkracht, echter we weten niet hoe we deze rolweerstandscoëfficiënt kunnen berekenen. We hebben namelijk gezocht hoe we dit kunnen berekenen, maar we hebben geen antwoord kunnen vinden. Weet iemand hoe we er nu kunnen achterkomen?

Reacties

Theo de Klerk op 11 februari 2024 om 13:48
De rolweerstand is meestal heel klein tov de wrijvingsweerstand (bij glijden ipv rollen over de bodem) of de luchtwrijvingsweerstand. Zie https://en.wikipedia.org/wiki/Rolling_resistance
Jaap op 11 februari 2024 om 13:49
Dag Ayla,
Een manier om de rolweerstandscoëfficiënt in jouw situatie te berekenen, ken ik niet.

Zoals je wellicht weet, hangt de rolweerstandscoëfficiënt onder andere af van:
• het materiaal van de bal en de helling
• de kenmerken van de oppervlakken (harde bal? ruwe helling?)
• de straal van de bal
Op het internet vind ik vooral informatie over rijdende voertuigen: autobanden, spoorrails.
Die informatie is niet zonder meer geldig in jouw situatie.
Zie bij voorbeeld 'Physical formulae' en de tabel eronder op
https://en.wikipedia.org/wiki/Rolling_resistance#
Daar wordt een rolweerstandscoëfficiënt Crr≈0,0020 (eenheidloos) vermeld, maar in jouw situatie kan bij voorbeeld het dubbele of de helft zijn.

Je schrijft: '…moeten wij de luchtweerstandscoëfficiënt bepalen…'.
Deze hangt niet af van de rolweerstand. Zie Binas tabel 28A.

Houd je in het model trouwens rekening met de draaiing van de bal om zijn as?
Terwijl de bal meer vaart krijgt, wordt arbeid verricht om de bal sneller te doen draaien.
Deze arbeid kan van dezelfde orde of groter zijn dan die van de rolweerstandskracht en de luchtweerstand.

Voor commentaar kun je je modelbestand van Coach hier eventueel als bijlage plaatsen.
De bestandsnaam eindigt op *.cma7 of *.cmr7
Groet, Jaap
Ayla op 11 februari 2024 om 14:17
Hallo Jaap,
In de bijlage vindt u ons coach bestand, hierin is de weerstandscoefficient verwerkt als 0,025, maar dit klopt dus waarschijnlijk niet.

Als reactie op het andere commentaar. Wij hebben een gladde bal en een gladde helling. Het materiaal van de bal is plastic en de straal 2,5 cm.
Alvast bedankt voor uw hulp.
Jaap op 11 februari 2024 om 19:25
Dag Ayla,
a. Je schrijft over 'een balletje dat van een plank afrolt bij verschillende hellingshoeken'.
Hoe groot waren die hoeken en hoe heb je de hoeken precies bepaald?

b. Nog afgezien van de (te grote?) waarde van de rolweerstandscoëfficiënt in je model, is verbetering van het model mogelijk.
In je model is Fres=Frol+Fwl. Zo wordt de bal wordt aangedreven in plaats van geremd door weerstandskrachten. Is dat zo de bedoeling, als de bal vanuit rust in beweging komt?
In je model staat de zwaartekracht Fz alleen bij de berekening van de normaalkracht Fn, namelijk Fn=Fz=m·g.
In je model heb ik niets gevonden dat wijst op een helling of hellingshoek.
Het lijkt me nuttig als je een constructietekening met krachtpijlen maakt in zij-aanzicht:
• de zwaartekracht op de bal
• de component F1 van de zwaartekracht, evenwijdig aan de helling
• de component F2 van de zwaartekracht, loodrecht op de helling
• de normaalkracht van de helling op de bal
• de luchtweerstandskracht
• de rolweerstandskracht
Zo'n tekening kan je helpen om te zien met welke formules je de hulpvariabelen in je model moet definiëren.

c. Het is slim om met je model na te gaan of de steeds snellere draaiing van de rollende bal om zijn as invloed heeft op de beweging. Is die invloed groter dan of juist verwaarloosbaar vergeleken met die van de weerstandskrachten?
Hier is van belang of het een massieve of holle bal is. Je model doet vermoeden: hol.
Is de bal inderdaad hol?

d. Als je model straks een resultaat geeft dat de werkelijke beweging realistisch nabootst, is het nuttig om het modelresultaat te vergelijken met metingen.
Heb je bij voorbeeld de tijd gemeten die de bal vanuit rust doet over een bepaalde afstand?
Zo ja, wat zijn je meetresultaten bij de verschillende hellingshoeken?
Groet, Jaap

Plaats een reactie

+ Bijlage

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

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

Antwoord: (vul een getal in)