Hallo, ik heb een vraag voor mijn profielwerkstuk van Natuurkunde.

het gaat over de meest ergonomische draagwijze van een schooltas. hierbij heb ik als practisch onderzoek, dat ik foto's heb gemaakt van mensen die een tas van 9 kg op de rug dragen. Op zich een goed idee, maar nu zit ik met een probleem: waar werken de krachten nou allemaal, en hoe groot zijn ze?

de tas wordt in ieder geval gedragen door de schouders, en als de tas laag gedragen wordt is er ook nog een kracht die horizontaal tegen de rug duwt.

maar als de tas hoog gedragen wordt, zit de tas helemaal tegen de rug aan. het lijkt me dat de krachten of de druk dan verdeeld is.

voor de duidelijkheid voeg ik 2 plaatjes toe: 1 van een persoon met de tas laag. daarbij kun je de kracht nog wel berekenen. maar bij het 2e plaatje met de tas hoog gedragen kom ik er niet uit.

Het eerste geval is eenvoudig op te lossen door alle krachten erin te tekenen.

De tas is 9 kg dus dat is 88 N neerwaarts gericht vanuit het zwaartepunt van de tas.

Dit wordt gecompenseerd door de kracht K in de riem over de schouder die vastzit zowel aan de boven- als aan de benedenkant van de tas. Als we even aannemen dat de riem over de schouder nagenoeg wrijvingsloos is dan is K op ieder punt in de riem hetzelfde. Aan de bovenzijde maakt de riem een hoek alfa (zo te zien ongeveer 60 graden) met de horizontaal en beneden (bij onderrug) is die hoek beta (ongeveer 75 graden zo te zien).

Ontbindt nu K zowel aan de bovenzijde (punt 1) als aan de onderzijde (punt 2) in een horizontale (Kh) en een verticale (Kv) component.

Dus aan de bovenzijde is dan Kv1 = K.sin(alfa) en Kh1 = K.cos(alfa)

En aan de onderzijde is dan Kv2 = K.sin(beta) en Kh2 = K.cos(beta)

Bovendien is Kv1 + Kv2 = 88 N (=gewicht van de tas) = K.[sin(alfa) + sin(beta)]

Als je alfa en beta weet dan kun je hieruit K berekenen en daarna dus ook alle Kv's en Kh's

De druk van de tas tegen de onderrug is Kh1 + Kh2 want dat is het enige punt waar de tas de persoon raakt dus daar moet de horizontale krachtenbalans in evenwicht zijn.

Je kunt alfa en beta afschatten van de foto of je kunt ze proberen te berekenen uit de momentenbalans rondom het raakpunt bij de onderrug maar dan moet je weten waar het zwaartepunt van de tas precies ligt. Zeg dat dit is op een horizontale afstand X vanaf het raakpunt op de onderrug. Als de hoogte van de tas boven dit raakpunt dan Y is dan geldt:

88 * X = Kh1 * Y oftewel Kh1 = .....

Daarna kun je met wat moeite alfa , beta en K berekenen uit de eerdergenoemde vergelijkingen.

Het tweede geval is analoog behalve dat het niet mogelijk is om te bepalen op welke plaatsen de tas de rug met welke kracht raakt, m.a.w. je kunt geen horizontale krachtenbalans maken en ook geen momentenbalans.

Wow! dank je wel voor dit vlugge antwoord! ik ga het morgen ochtend meteen uitrekenen voor alle proefpersonen. Nu moet ik alleen nog een manier vinden om bij de andere draagwijze draagwijze krachten te meten. misschien kun je de druk van de hele tas daar voorstellen als een drukpunt, ergens halverwege de rug?

en als het gewoon echt niet te berekenen valt, dan ga ik een andere manier zoeken om toch die krachten te meten.