Energie verlies bij botsing

[wilem_vos]

Beste mensen op het forum,
 
Voor het tentamen natuurkunde hebben wij een practicum opstelling gemaakt om de terugstuiter hoogte tussen twee verschillende materialen vast te stellen.
 
De kogel is van gehard staal met een E-modules van 500Mpa
Het vlak waar de kogel op stuitert staat vast en heeft een E-modules van 195Mpa
 
________________________________________________________________
 
Gewicht van de kogel is 2,104 gram -  diameter rond 8mm
 
De kogel valt van een hoogte van 0,18 meter en heeft daardoor de volgende waardes bij het raken van het vlak:
 
Energie: (3.72*10^-3)Joule
snelheid: 1.8793 m/s
kracht: 0,020667 N
contactvlak volgens simulatie van: (1.6999*10^-4) m2
 
indrukking bij statische belasting (13.64*10^-9) m (volgens simulatie)
________________________________________________________________
 
Ik probeer nu uit te rekenen hoeveel energie er verloren gaat bij de botsing om zo de terugstuiter hoogte te kunnen bepalen. het probleem is dat dit nog niet helmmaal lukt...
 
Ik hoop dat iemand mij weer op weg kan helpen ik heb me er een beetje op dood gestaard.
 
Met vriendelijke groet,
Willem vos
 
 

[Jan van de Velde]

mogelijk dat dit lukt met deze gegevens, maar ik zie de weg niet. Het probleem bij stuiteren is niet zozeer de elasticiteitsmodulus, maar de vraag
- of die niet overschreden wordt, want dan krijg je een blijvende vervorming en dus geen of veel minder stuit. 
- met welke snelheid vloer en bal weer terug in vorm komen bij een niet blijvende vervorming (hysterese)
- in welke mate vloer en bal blijven "nadeinen" na de stuit, wat duidt op inwendige bewegingsenergie die niet meer gebruikt kan worden om de bal een snelheid t.o.v. de vloer te (her)geven. 
 
wat ik met dat "nadeinen" bedoel kun je zien op elke vertraagde opname van een stuit, bijvoorbeeld hier:

 
al lang nadat de bal het contact met het racket weer verloor stuitert die bal nog inwendig, maar kan zich met die energie niet meer tegen de racket afzetten.
 
en die verliezen, die de hoofdmoot vormen van wat er kwijtraakt bij een stuit, zou ik niet in termen van elasticiteitsmodulus weten te vatten.
 

Opmerking moderator

Verplaatst naar het vakforum

 

[wilem_vos]

Beste Jan,
 
Bedankt voor je reactie,
 
Ik vermoed dat het na deinen van een geharde stale kogel in deze schaal kan worden verwaarloosd
net als de lucht wrijving en het geluid, mijn plan van aanpak was om uit te rekenen hoeveel energie het kost om het materiaal zo te vervormen als dat de simulatie beweert.
 
en vervolgens die energie weer van de oorspronkelijke energie af te trekken om daar weer een nieuwe hoogte mee te berekenen.
 
hier nog een screenshot van de simulatie:

[king nero]

 

De kogel is van gehard staal met een E-modules van 500Mpa

Het vlak waar de kogel op stuitert staat vast en heeft een E-modules van 195Mpa

 

 

Misschien niet direct relevant voor jouw probleem, maar deze waarden kloppen niet...

[wilem_vos]

Hmmmm... dat zo nog wel eens een doorslag gevend resultaat kunnen geven Mpa Moet Gpa zijn.

Bedankt!

[king nero]

... en 500GPa is dan geen "gehard staal" maar een of ander exotisch materiaal.
Gehard staal (60 HRC) kan een iets hogere E hebben (afh. van zijn staalstructuur na de harding), maar denk dan aan variaties tot max. +10%, niet 2.5x zijn originele waarde.