Op een vrachtwagen wordt zware lading vastgezet om te voorkomen dat deze bij een noodstop naar voren schuift. Voor de chauffeur zou dat levensgevaarlijk kunnen zijn.
a) Leg dat uit met de traagheidswet van Newton.
Als de lading los op de laadvloer staat, moet de wrijvingskracht ervoor zorgen dat de lading dezelfde vertraging ondervindt als de truck als geheel. Bij onvoldoende wrijvingskracht zal de lading als gevolg van zijn traagheid naar voren doorschuiven (eerste wet van Newton). Hij botst dan tegen de wand die de lading scheidt van de cabine en kan die vervormen, met het risico dat de chauffeur bekneld raakt.
Bij een tankwagen is vastzetten van de vloeistof niet mogelijk. Zie figuur 1.
Daarom moeten tankwagens die voor meer dan 20 procent en minder dan 80 procent beladen zijn slingerschotten hebben, haaks op de rijrichting. Dit zijn dunne wanden die de laadruimte verdelen in verschillende compartimenten. In de schotten zit in het midden een opening. Zie figuur 2.
b) Wat zou de reden zijn dat slingerschotten niet vereist zijn bij belading met minder dan 20 en meer dan 80 procent?
Als de tank voor minder dan 20 procent met vloeistof gevuld is, is er dus ook minder massa die bij een noodstop naar voren kan doorschieten. Dat kan de tankwand wel opvangen. Als de tank voor meer dan 80 procent gevuld is, kan (het zwaartepunt van) de vloeistof nauwelijks verschuiven. De situatie is dan vergelijkbaar met vastgezette vaste lading.
c) Welk voordeel hebben slingerschotten als de tankwagen een noodstop moet maken?
Er zijn nu afzonderlijke compartimenten, gescheiden door een tussenwand met betrekkelijk kleine opening. De voorwand van elk compartiment hoeft dus bij een noodstop maar een deel van de lading tegen te houden. Het risico dat de chauffeur een klap in de nek krijgt is dus veel kleiner.
Maar is dit het grootste probleem bij tankwagens? Hierover gaat een artikel in de NRC van 17 oktober 2020. Erik Eenkhoorn van universiteit Twente, die gepromoveerd is op klotsende vloeistoffen in vrachtwagens, komt aan het woord: “Heb je weleens een vrachtwagen naar voren zien omvallen? Nee, een vrachtwagen ligt altijd op zijn kant, en in die richting doet een slingerschot dus niks.”
d) Waarom gaan rechtuit gaande vrachtwagens nooit voorover over de kop?
De afstand van het zwaartepunt Z van de combinatie van trekker en oplegger tot het draaipunt O is veel te groot. Zie in onderstsaande figuur een tankwagen die dreigt over de kop te gaan.
e) Waarom helpt een slingerschot niet als de tankwagen door de bocht gaat?
De slingerschotten verdelen de tank in de lengterichting in compartimenten, en niet in zijwaartse richting. Dus daar helpen ze niet.
Om een bocht te kunnen maken is een middelpuntzoekende kracht nodig.
f) Welke kracht zorgt ervoor dat de tankwagen (als geheel) de bocht kan maken?
Wrijvingskracht. De banden van de tankwagen ondervinden een wrijvingskracht van het wegdek, gericht naar het middelpunt van de cirkelbaan.
g) De vloeistof in de tank moet meegaan in de beweging. Welke kracht zorgt hiervoor?
De kracht van de wand van de tankwagen op de vloeistof.
Er zijn twee manieren waarop een tankwagen uit de bocht kan vliegen:
- slippen;
- kantelen.
h) Wat is de oorzaak bij slippen?
Slippen gebeurt als de bocht met te grote snelheid genomen wordt. Dan is de wrijving (dwars op de rijrichting) niet groot genoeg.
i) En wat bij kantelen?
Kantelen gebeurt als er wel voldoende wrijving is, maar het zwaartepunt van de lading te hoog ligt gezien de snelheid waarmee de bocht genomen wordt.
Eenkhoorn zegt dat het wel eens gebeurt dat een tankwagen omslaat doordat de vloeistof is gaan klotsen. Maar dat is dan meestal niet in een bocht, maar op een recht stuk weg meteen ná de bocht. Bijvoorbeeld na het nemen van een rotonde. “En dan trekt de vrachtwagen weer op naar 80 kilometer per uur. Er komt dan niet alleen meer energie in de vrachtwagen zelf, maar ook in de vloeistof, die nog harder heen en weer gaat klotsen.”
j) Wat gebeurt er – op het rechte stuk weg – met de tankwagen als de vloeistof heen en weer gaat klotsen?
De vloeistof beweegt heen en weer (van links naar rechts), zonder dat er een uitwendige kracht op de tankwagen wordt uitgeoefend. Dus het zwaartepunt van tankwagen plus lading verschuift niet, niet naar links, niet naar rechts. Maar de vloeistof binnen de tank wel. Dan moet de wagen zelf in tegengestelde richting heen en weer gaan. Hij gaat schudden en raakt uit balans. In het ergste geval gaat hij daardoor op zijn kant.
Eenkhoorn heeft hiervoor een veiligheidsvoorziening bedacht: de Cairbag, opblaaszakken in de tank die tegendruk geven. Voor het transport de weg op gaat, worden deze opgeblazen. Zie figuur 3.
k) Leg uit hoe de Cairbag werkt.
Als de zakken zijn opgeblazen, heeft de vloeistof in de tank weinig bewegingsruimte meer en over en kan dus moeilijk gaan klotsen. De tankwagen heeft dan vergelijkbare rijeigenschappen als een vrachtwagen met vaste lading.
