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, 

Plaats een reactie

+ Bijlage

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

Ariane heeft drieëntwintig appels. Ze eet er eentje op. Hoeveel appels heeft Ariane nu over?

Antwoord: (vul een getal in)