opgave 1Verzet en snelheid

2,6 keer rondgaat. Bij een keuze van de combinatie 36: 11 gaat het


2,6 keer rondgaat. Bij een keuze van de combinatie 36: 11 gaat het







.
.
foto Golfplaat is een bouwmateriaal dat onder andere gebruikt wordt als dakbedekking voor schuren en fietsenstallingen. Als je tegen de zijkant van een golfplaat aankijkt, zie je een aaneenschakeling van gelijke cirkelbogen. Zie figuur 1. Een cirkelboog is een deel van een cirkel. figuur 1 In figuur 1 vormen de cirkelbogen AB en BC samen één golf. De cirkel waarvan cirkelboog AB een deel is, heeft als middelpunt M . Voor het zijaanzicht van de golfplaat die we in deze opgave bekijken, geldt het volgende: − Het zijaanzicht bestaat uit een aaneenschakeling van 5 golven. − Elke cirkelboog van dit zijaanzicht is 3 1 deel van een cirkel. − De cirkels hebben een straal van 3 cm. De totale lengte van alle cirkelbogen van het zijaanzicht van de golfplaat is ongeveer 62,8 cm.

Bij de productie van een golfplaat wordt een vlakke plaat zodanig geperst dat er een golfprofiel ontstaat. De lengte van de golfplaat die zo ontstaat, is gelijk aan de lengte van de oorspronkelijke vlakke plaat. Het materiaal rekt dus uit als de golven in de plaat geperst worden. Zie figuur 2. figuur 2 Als men de totale lengte van de 10 cirkelbogen (62,8 cm) vergelijkt met de lengte AK van de oorspronkelijke vlakke plaat, dan kan men uitrekenen hoeveel het materiaal is uitgerekt.

Bereken hoeveel procent het materiaal is uitgerekt. De golfplaat wordt op een balk bevestigd. Zie figuur 3. In deze figuur is de balk grijs gemaakt. De afmetingen van de dwarsdoorsnede van de balk zijn 4 cm bij 4 cm. figuur 3 De schroeven worden bij T verticaal door de golfplaat in de balk geschroefd. T is het midden van cirkelboog AB . De schroeven mogen niet aan de onderkant van de balk uitsteken.

.
foto In deze opgave gaan we ervan uit dat de hoeveelheid water die per tijdseenheid uit een kraan stroomt constant is en dat het water uit de kraan recht naar beneden stroomt. Zie de foto. We kunnen de uitstroomsnelheid v 1 van het water bij het verlaten van de kraan uitrekenen met behulp Hierin is v 1 de uitstroomsnelheid in cm/s, W is de hoeveelheid water die per tijdseenheid uit de kraan stroomt in cm 3 /s en A 1 is de oppervlakte van de uitstroomopening van de kraan in cm 2 . Het duurt precies 2 minuten voordat een emmer met een inhoud van 10 liter (= 10 000 cm 3 ) volledig met water uit de kraan is gevuld. De cirkelvormige uitstroomopening van de kraan heeft een diameter van 1,6 cm.

Bereken de uitstroomsnelheid. Rond je antwoord af op een geheel aantal cm/s. Het water onder in een waterstraal heeft een hogere snelheid dan het water dat net uit de kraanopening stroomt. Dit komt door de werking van de zwaartekracht. Voor de stroomsnelheid van het water in een waterstraal geldt de volgende formule: de uitstroomsnelheid in cm/s en v 2 is de stroomsnelheid van het water in cm/s op een afstand l in cm van de kraanopening. We zijn geïnteresseerd in de stroomsnelheid van het water op een afstand van 40 cm van de kraanopening. Er is een bepaalde uitstroomsnelheid waarbij de stroomsnelheid op deze afstand twee maal zo groot is als de uitstroomsnelheid.

Op elke hoogte in de waterstraal is de hoeveelheid water die per seconde passeert gelijk. Er geldt dus: (1) v 1 ⋅ A 1 = v 2 ⋅ A 2 Hierin is A 1 de oppervlakte van de cirkelvormige uitstroomopening van de kraan en A 2 is de oppervlakte van de cirkelvormige dwarsdoorsnede van de waterstraal. De straal van de kraanopening noemen we r 1 en de straal van de dwarsdoorsnede van de waterstraal noemen we r 2 . Voor de oppervlakten van de kraanopening en de dwarsdoorsnede van de waterstraal geldt dan (2) A = π ⋅ r 2 en 1 1 (3) A = π ⋅ r 2 . 2 2 Ook (4) geldt nog steeds de formule: Uit de bovenstaande vier formules kan voor de straal r 2 de volgende formule worden afgeleid:

Leid deze formule af. Als je de foto goed bekijkt, zie je dat de waterstraal naar beneden toe steeds smaller wordt. Dat blijkt ook uit de formules hierboven (hoe groter l , hoe kleiner r 2 ). Iemand wil een flesje met water vullen. De diameter van de cirkelvormige opening van het flesje is 1,6 cm. Hij vult het flesje onder een kraan waarvan de uitstroomopening een diameter van 2,0 cm heeft. Het water stroomt met een snelheid van 18 cm/s uit de kraan. Om geen water te verspillen, zal hij het flesje niet direct onder de opening van de kraan houden, maar een stuk lager.





















