Onlangs is het artikel 'Skateboarder van enorme hoogte' verschenen
https://www.natuurkunde.nl/opdrachten/3996/skateboarder-van-enorme-hoogte
Onder het artikel staat 'redactie Exaktueel'.
Opdracht d luidt:
'Leg voor zowel de rolwrijving als de luchtwrijving uit of deze groter wordt, kleiner wordt of gelijk blijft tijdens de afdaling van Dias.'
Men gaat uit van een beweging vanuit rust langs een baan met de vorm van een kwart cirkel in het verticale vlak.
In het antwoord staat:
'De luchtwrijving kan je berekenen met $F_{w,l}=\tfrac{1}{2}\rho C_w A v^2$. De snelheid wordt tijdens de afdaling steeds groter, waardoor de luchtwrijving ook steeds groter zal worden.'
Alleen tijdens het eerste deel van de afdaling wordt de snelheid steeds groter. De snelheid bereikt een maximum voordat Dias onderaan de kwart cirkel komt. De aandrijvende tangentiale component $F_\text{z,t}$ van de zwaartekracht daalt tijdens de afdaling immers tot nul (onderaan de kwart cirkel). Al voordat Dias onderaan komt, is er een punt waar de remmende luchtweerstandskracht en de rolweerstandskracht samen even groot zijn als $F_\text{z,t}$. In dit punt is de tangentiale versnelling nul en bereikt de snelheid haar hoogste waarde.
In het antwoord staat verder:
De rolwrijving is evenredig met de normaalkracht. De normaalkracht is gelijk aan de loodrechte component van de zwaartekracht ($F_N=F_{z,\bot}=F_z\cdot\cos\alpha$, met $alpha$ de hellingshoek). Aangezien de hellingshoek $alpha$ van de afdaling steeds kleiner wordt, zal de rolwrijving steeds groter worden.'
Tijdens de afdaling is de normaalkracht niet gelijk aan de loodrechte component van de zwaartekracht. Op Dias werkt een middelpuntzoekende kracht, geleverd door de normaalkracht (gericht naar het 'middelpunt' M van de kwart cirkel) en de radiale component van de zwaartekracht (van M af gericht). Zodoende hangt de rolweerstandskracht ook af van de grootte van de snelheid op het moment.
Groet, Jaap