sciencetalk

Ik doe de studie werktuigbouw en moet met mijn groep een luchtdruk kanon die een honkbal weg schiet ontwerpen. 
We lopen vast bij de berekeningen. We gaan een compressor gebruiken van 8 bar. We willen graag berekenen wat de snelheid is van de bal wanneer deze de loop van het kanon verlaat.
 
massa bal = 0.145 kg 
lengte loop = 0.5 m
diameter loop = 0.07 m
druk = 8 bar
 
Kan iemand ons uitleggen hoe we dit zouden kunnen berekenen? 

Daar kom je zo nog niet uit. Je hebt de hoeveelheid lucht onder die druk ook nodig.
 
Je zou bijvoorbeeld aan die loop een vat kunnen monteren, en dat vat onder druk zetten. Dan heb je een bepaalde hoeveelheid lucht onder druk, en kan je de begin- en einddruk (start bewegen kogel tot verlaten loop) berekenen ( je weet immers nu beide volumes). Dan bereken je de kracht op de bal, de arbeid (kracht over de weg), de versnelling, en de mondingssnelheid van de bal.
 
Er zitten natuurlijk wel wat voetangels en klemmen aan:
De bal zal de buis niet perfect afsluiten > drukverlies
De bal en de loop hebben onderling wrijving > snelheidsverlies
De lucht in de loop voor de bal heeft zelf ook massa, biedt weerstand > snelheidsverlies
En, waarschijnlijk de belangrijkste: De lucht uit de compressor of tank doet er een tijdje over om daaruit te ontsnappen. Hoe langer dit duurt (bij een dunne slang bijvoorbeeld), hoe minder drukopbouw voordat de bal de monding heeft verlaten.
Ga je geen vat gebruiken, dan moet je weten hoeveel liter lucht onder 8 bar die compressor per tijdseenheid aan het einde van de slang produceert.

Klopt inderdaad. Wat je gemakkelijker kunt uitrekenen is het theoretische maximum dat je kunt halen met deze loop en een druk van 8 bar. Aanname is dat een oneindig groot drukvat waarbij de druk over het hele traject 8 bar blijft.

Met de diameter van de loop weet je de kracht op de bal, en dan is het uitrekenen hoe lang het duurt voor ie uit de loop is, en weet je ook meteen hoe snel dat gaat. Praktisch is de snelheid natuurlijk om genoemde redenen lager.