Auto op rotonde

Milou stelde deze vraag op 21 mei 2025 om 11:03.

Een auto met een massa van 1000 kg blijft over een rotonde rijden met een straal van 15 m met een constante snelheid van 50 km/uur. De wrijvingskracht op de banden loodrecht op de snelheid is in totaal Fw=12860 N. Deze kracht stel je gelijk aan de middelpuntzoekendekracht en is dus tevens gelijk aan de resulterende kracht. Na 4,0 s op de rotonde wordt het overal spiegelglad en is Fw=0,0 N waardoor de auto uit de bocht vliegt. Na 6,0 s stopt de beweging.

 

 

Werk de beweging van de auto uit in een modelleersimulatie en stuur een coachbestand van je uitgewerkte modelregels, startwaarden en een (x,y) diagram

 

 

Hoe moet dit! help.

Reacties

Theo de Klerk op 21 mei 2025 om 11:29

Je kunt dit ronddraaien ontbinden in 2 componenten (langs X en Y-as voor afstand en lineaire snelheid en middelpuntzoekende kracht (geleverd door Fw) en onderlinge relatie) en de grootte bepalen door met hoeksnelheid telkens de hoek te bepalen en dan de componenten te berekenen voor afstand en snelheid en kracht. Na 4 seconden wordt de kracht blijkbaar 0 en dat zal dan gevolgen hebben voor de snelheid en afstand (de auto zal "uit de bocht vliegen").

De modellering lijkt op die van een planeet om de zon die in een aantal vwo leerboeken vermeld staat.

Pieter Kuiper op 21 mei 2025 om 17:07

De beweging (snelheid, straal van de rotonde) is gegeven. Hoeveel rondjes rijdt de auto in 4 sekonden? In welke richting vliegt hij de bocht uit? Hoe lang wordt die afstand in twee seconden? En dan een tekening maken van de baan van de auto. Wat valt er eigenlijk uit te werken hier? Het lijkt me dat de wrijvingskracht en de massa niet eens nodig zijn. 

Maar het moeilijke van de opdracht is dus om dit te modelleren met Coach7:
https://cma-science.nl/coach7_nl 

Jaap op 21 mei 2025 om 17:45

Gelukkig kan het model ook op een eenvoudige manier, zonder $v_x$, $v_y$, $m$, $F_\text{w}$, $F_\text{mpz}$, $F_\text{res}$, $F_x$, $F_y$, $\omega$ en $\phi$.

Stel dat de auto op $t=0~\text{s}$ is in het punt $x=R$ en $y=0~\text{m}$.
De omtrek van de cirkel is $2\cdot\pi\cdot R$, de snelheid is $v=50/3,6~\text{m/s}$ en de tijd van een hele ronde zou zijn $T=2\cdot\pi\cdot R/v$ (startwaarde).
De 'oude $x$' van de auto in de vorige rekenlus (iteratie) noemen we $x_\text{oud}$.
Tot $t=4~\text{s}$ 'voert $x$ van de auto een harmonische trilling uit'. Dat volgt uit de gegevens.
De 'nieuwe $x$' is $x=R\cdot\cos(2\cdot\pi\cdot t/T)$ (modelinstelling: radialen).
In een tijdstap $\text{d}t$ is de horizontale verplaatsing $\text{d}x=x-x_\text{oud}$.
Op een soortgelijke manier doen we $y_\text{oud}$, $y$ en $\text{d}y$.
Van $t=4~\text{s}$ tot $t=6~\text{s}$ werkt er geen horizontale kracht meer, zodat  $\text{d}x$ en  $\text{d}y$ in elke tijdstap even groot zijn als tot $t=4~\text{s}$.
(Het is ook mogelijk $x$ en $y$ op elke $t$ van de beweging analytisch te berekenen, zonder model.)
Groet, Jaap



Milou op 21 mei 2025 om 18:17

Hoi beste Jaap, bedankt voor je hulp. Maar wat zijn precies de startwaarden en de modeleer regel die ik moet invoeren?

Jan van de Velde op 21 mei 2025 om 18:51

Dag Milou,

dat blijft nou helemaal natuurkunde, heeft eigenlijk niks met Coach te maken. . Stel, jij krijgt deze situatie en moet "met de hand"  uitrekenen waar die auto na een tiende seconde precies is. 
Welke "startwaarden" neem je dan voor dat sommetje?
Welke opeenvolging van "modelleerregels" (=eenvoudige rekenstappen) zet je daarvoor?

Dat gaat die computer ook moeten doen, je hoeft alleen nog die rekenstappen te vertalen naar een syntax die bij je modelprogramma, in dit geval Coach, past. 

Het enige voordeel van die overigens domme computer is dan dat die, als die eenmaal alleen maar hoeft uit te voeren, duizenden van die rekenstappen achter elkaar kan zetten in een fractie van een seconde.  

Dus het doel is: jij bent slim, en die computer is snel. Dat combineren we. 

Groet, Jan

 

Pieter Kuiper op 21 mei 2025 om 19:01

Sommige startwaarden zijn gegeven, andere moet je kiezen, en er zijn meerdere mogelijkheden die allemaal even goed zijn. De handigste mogelijkheden zijn (x, y) is (15 meter, 0) of (0, 15 meter). En eigenlijk is elk punt op de cirkel goed als startpunt, 

Jaap op 22 mei 2025 om 11:51

Dag Milou,
In de bijlage kun je het 'skelet' van een goed werkend model vinden.
Veel regels zijn onvolledig: rechts van '=' moet je het nodige toevoegen.
En hoe voer je ook alweer een 'als-voorwaarde' in?
Je hoeft geen regels toe te voegen.
Groet, Jaap

Bijlagen:

Imke op 22 mei 2025 om 12:42

Hoi beste Jaap, ik heb je skelet ingevuld en dit is mijn model, alleen komt er geen lijn uit. Wat heb ik fout gedaan?

Milou op 22 mei 2025 om 12:48

Hoi Jaap, ik heb hetzelfde probleem.

Jaap op 22 mei 2025 om 13:10

Dag Imke,
De startwaarden zijn goed. Nu nog de modelregels.
De eerste modelregel is onvolledig. Hoe moet een 'als-voorwaarde' in Coach?

In het blok 'als t<4' zorgt 'x=r'  dat x in de eerste 4 seconde 15 meter blijft. Dat is toch niet de bedoeling? Zie 17.45 uur.
In het blok 'als t<4' zorgt 'youd=0'  dat youd in de eerste 4 seconde 0 meter blijft. Zo is het niet bedoeld. Voor youd kun je spieken bij je goede modelregel van xoud.
Verander de regel 'y=r*sin(360*t/T)' in 'y=r*sin(2*pi*t/T)' (mijn fout in het skelet).
Controleer of je model is ingesteld op de hoekeenheid radiaal.

In het blok 'anders' heb je 'x=r*cos(2*pi*t/T)'. Is dat niet een mooie regel voor de eerste vier seconde?
In het blok 'anders' moeten we bij x steeds de constante dx optellen. Bij y idem. Leg eens uit waarom dx en dy na t=4 s constant zijn?
De regel 't=0' hoort niet in het blok 'anders', want dat geldt pas na t=4 s.

Met je huidige model blijft t=0, zodat y=r*sin(360*0/T) nul blijft. En x blijft 15 meter. Coach tekent zodoende telkens een stip op dezelfde plek bij x=15 en y=0. Coach vindt het logisch dat je zo geen kromme of rechte grafiek krijgt.
Helemaal onderaan zet je een modelregel die zorgt dat de tijd doorloopt:
t=t+...?

Milou op 23 mei 2025 om 12:01

Ik heb nu dit, maar krijg de foutmelding deling door 0, hoe kan dit?

 

Jaap op 23 mei 2025 om 13:19

Dag Milou,

Startwaarden
• De foutmelding komt door de volgorde van de startwaarden T=2*pi*r/v en v=50/3,6.
Coach leest de startwaarden en modelregels in elk model van boven naar beneden.
Bij je startwaarde T=2*pi*r/v heeft Coach v nog niet berekend want v staat eronder.
Remedie: zet de startwaarde v=50/3,6 boven T=2*pi*r/v.
• Een startwaarde voor x is in je figuur niet zichtbaar.
De nodige startwaarde is x=r (niet x=R, Coach maakt onderscheid tussen r en R).
Een startwaarde y=0 mag erbij maar is niet noodzakelijk.
• Je startwaarden xoud=R en youd=r zijn overbodig. Je kunt ze verwijderen.
• Verander de tijdstap in dt=0,001 voor een nauwkeuriger resultaat.

Modelregels
• Verander je modelregels voor xoud en youd in xoud=x en youd=y,
net als in het model van 11.51 uur.
Zo onthoudt Coach de waarde van x en y uit de vorige rekenlus (iteratie).
Met xoud en de nieuwe x berekent Coach dx. Net zo dy.
We gebruiken dx en dy voor de beweging nadat de auto uit de bocht is gevlogen.

Instelling
• Er zit een 'verborgen' instelling voor de hoek (graden of radialen) in mijn model van 11.51 uur. Als leerling kun je die instelling misschien niet wijzigen. Daarom zet ik hieronder als bijlage een model met de juiste hoekeenheid radialen. Ga verder met het model uit de bijlage.
Groet, Jaap

Bijlagen:

Plaats een reactie

+ Bijlage

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

Clara heeft dertien appels. Ze eet er eentje op. Hoeveel appels heeft Clara nu over?

Antwoord: (vul een getal in)