sciencetalk

Ik studeer industrieel ingenieur en we moeten met een groepje een project uitwerken. Wij hebben gekozen voor een pingpongblallen automaat: een machine die elke minuut (zo nauwkeurig mogelijk) een pingpong balletje afgeeft en dat gedurende 5 minuten. Beperking: er mogen geen elektrische componenten in voorkomen.

Wij willen dit uitvoeren adhv een emmer water die op een staaf gemonteerd wordt. Die staaf staat loodrecht op een as. De bedoeling is dat die as elke minuut draait zodat via een schijfje een balletje afgegeven wordt. Dat doen we door die emmer te laten vol lopen. Als hij vol genoeg is "valt" de emmer, de staaf waarop hij staat draait dus en de as draait mee. De emmer loopt leeg tijdens de val en het gewicht aan de andere kant van de staaf brengt de emmer weer naar boven.

Probleem is dat ik niet weet hoe we die beweging kunnen beschrijven... hoe bereken je de versnelling van die emmer en de juiste "tegenmassa".

Als iemand me op weg kan helpen, ik zou je zeer dankbaar zijn!

P.S: de inhoud van de emmer houden we liefst op 2 liter, maar er kan wel wat mee gespeeld worden.

is er niemand die me hier mee kan helpen?

Begin eens te kijken naar wat er nu eigenlijk zal gebeuren. Ik neem aan dat de balk wat schuin wordt opgehangen, zodat de balk maar naar 1 kant zal kantelen. Zorgt wel dat je bakje dan mooi horizontaal staat, zodat het zwaartepunt van de watermassa tijdens het vollopen gelijk blijft (dan klopt de berekening beter met de werkelijkheid). Er werken eigenlijk 4 relevante krachten op het systeem:

- het gewicht van de aanwezige watermassa in het bakje (W_w). Dit is een functie van de tijd, namelijk W_w=massadebiet*tijd*zwaartekrachtversnelling.

- de kracht die de waterstraal op het bakje uitoefent (F_w). Namelijk: F_w=massadebiet*stroomsnelheid. Ik ga er hierbij vanuit dat de waterstroom zuiver verticaal aankomt. Zorg dat de waterstraal vlak boven het bakje uit de buis/slang komt, want anders gaat de zwaartekracht de straal nog significant versnellen.

- het gewicht van de contramassa (W₁).

- het gewicht van balk+bakje (W₂). Deze zal je moeten meten/berekenen. Deze grijpt aan in het zwaartepunt van de balk+bakje (dus niet van het geheel, incl. contramassa). Kwestie van meten waar dit punt ligt (dit heb je nodig).

Zodra de momenten rechtsom het draaipunt groter wordt dan de momenten linksom het draaipunt, gaat de balk draaien. Met W_w, F_w en W₂ en hun armen bekend verondersteld kun je nu de benodigde contramassa bepalen.

Voor t zou ik niet precies 60s nemen maar bijvoorbeeld 59s, want binnen die 60s moet de bak ook nog zijn water lozen en moet de balk terugklappen naar zijn beginpositie. Hoe lang dat duurt, dat is wel ongeveer te berekenen, maar daar komt nogal wat wiskunde bij kijken en zal niet erg nauwkeurig uitpakken, vrees ik. Bovendien krijg ik de indruk dat dat niet de bedoeling is van de opdracht. Maak dus liever een schatting aan de hand van een testje ofzo. Mocht dit projectje ook bestaan uit een praktisch onderdeel dan kun je daar het watermassadebiet variëren om de boel te fine-tunen. Succes!

bedankt ik ga vanavond wat rekenen en zal eens kijken wat we uitkomen

het begint wat te komen maar ik weet niet hoe je die stroomsnelheid van het water kan meten of berekenen...

het begint wat te komen maar ik weet niet hoe je die stroomsnelheid van het water kan meten of berekenen...

Die moet je gewoon vaststellen. Je stelt buis-/slangdiameter+stroomsnelheid vast en berekent daaruit de contramassa of je doet het andersom.

Ik zou bij een bepaald debiet de stroomsnelheid willen meten...

Klopt dit?: doe de tank dicht (aan het uiteinde van de tank), doe open en meet de tijd tot er water uit de slang komt om zo de snelheid te berekenen...

Ik zou bij een bepaald debiet de stroomsnelheid willen meten...

Dan hoef je alleen maar de oppervlakte van de doorsnede van de waterstraal te kennen.

Volumedebiet=oppervlakte doorsnede*snelheid straal

Ik zie dat je het hebt over een tank. Een tank is geen goede manier om een constante waterstroom te realiseren. Bij de berekening ben ik daar wel vanuit gegaan.

waarom niet? en wat zou je dan wel nemen... ik zie precies niet goed in wat je anders kan nemen, een gewoon kraantje is niet toegestaan

waarom niet? en wat zou je dan wel nemen... ik zie precies niet goed in wat je anders kan nemen, een gewoon kraantje is niet toegestaan

Ik wilde inderdaad een kraantje opperen, maar helaas. Het probleem van een tank is dat het debiet afhangt van de waterhoogte in de tank. Dat betekent dat het debiet niet constant zal zijn tijdens het leeglopen van de tank. Om gedurende die 5 minuten (10L) amper zakking te krijgen van waterhoogte in de tank, moet je wel een flink grote tank gebruiken.