Kracht waarmee een waterstraal neerkomt op een weegschaal

Joop stelde deze vraag op 21 maart 2007 om 13:25.

Graag zou ik willen weten hoe je berekent met hoeveel kg danwel gram een waterstraal op een weegschaal neerkomt. Het water valt gewoon naarbeneden en wordt opgevangen in een bak. Deze bak is op een weegschaal geplaatst.

Er wordt gewogen terwijl het water blijft stromen.

aangezien het niveau in de bak steeds hoger komt wordt de valhoogte daarmee steeds kleiner. hierdoor neemt de kracht waarmee het water neerkomt af.

Reacties

Melvin op 21 maart 2007 om 16:43

Beste Joop,

Het water geeft door het afremmen een bepaalde kracht. De weegschaal kan natuurlijk niet zien of deze kracht van een stilstaand voorwerp komt of door veranderend impuls, zoals hier het geval is. Hierdoor geeft hij een massa (in kg) aan, maar dat is dus alleen de corresponderende massa met de kracht, dus zeggen dat de waterstraal met een bepaald aantal kg op de bak komt, is eigenlijk niet goed...

De kracht wordt gegeven door de verandering van de impuls.
F = dp/dt, maar voor dit geval (omdat het een redelijk constante stroming is), kan je het gelijk nemen aan:
F = p/t      met t de tijd en p de impuls die gegeven wordt door:
p = m*v    met m de massa van het water en v de snelheid.

In 1 seconde komt er een volume van V = A*v water op de bak, met A het oppervlak. Dit heeft dus een massa van m =  V*rho = A*v*rho, met rho de dichtheid van water (1000 kg/m^3).

De impuls die in 1 seconde wordt afgeremd, is dus A*v*rho*v = A*rho*v^2.
De kracht op de bak is dus F = p/t = A*rho*v^2/1 = A*rho*v^2.

De weegschaal rekent dit om naar een massa omdat hij denkt dat een massa M erop druk met kracht F = M*g, met g de zwaartekrachtsconstante.
Dus:
M = F/g = A*rho*v^2/g

De snelheid van het water kan je nu weer uitdrukken in de valhoogte. 

Verder denk ik dat de valhoogte misschien wel kleiner wordt, dus de snelheid jnderdaad minder, maar ik denk dat de weegschaal wel steeds meer aan zal geven. Er is immers steeds meer stilliggend water wat op de weegschaal drukt. Alleen als de bak erg smal is, zal het verlies aan snelheids denk ik belangrijker zijn dan de extra massa in de bak.

Groet,
Melvin

Plaats een reactie

+ Bijlage

Bevestig dat je geen robot bent door de volgende vraag te beantwoorden.

Ariane heeft negenentwintig appels. Ze eet er eentje op. Hoeveel appels heeft Ariane nu over?

Antwoord: (vul een getal in)