vallende steen
Pieter stelde deze vraag op 12 februari 2017 om 13:29. Zoals het onderwerp al zegt, is mijn natuurkunde een beetje roestig geworden over de tijd dat ik er niet mee bezig ben geweest. Ik moet nu een hertentamen doen in in principe redelijk simpele natuurkunde, maar ik kom op dit moment niet eens uit deze opgave, die op zich redelijk simpel zou moeten zijn:
Piet laat een steen (vanuit rust) vallen van een gebouw. Na 4,80 s hoort hij het geluid van de steen die op de grond valt.. De snelheid van het geluid is
350 m/s.
Hoe hoog is het gebouw?
Ik mis altijdgewoon het inzicht om in te zien hoe ik dit soort problemen kan oplossen. Bij mj is het meestal een kwestie van veel trial and error, en dat werkt nu even niet bij deze opgave.
Alvast bedankt voor de hulp.
Reacties
zo heel simpel is deze niet.
zou je deze vraag wél kunnen oplossen?
Piet laat een steen (vanuit rust) vallen van een gebouw. Na 4,80 s ziet hij dat de steen de grond raakt..
Hoe hoog is het gebouw?
en deze:
Piet ziet van hoog in een gebouw een steen op de grond vallen. Na 0,2 s hoort hij het geluid van de klap. De snelheid van het geluid is 350 m/s.
Hoe hoog is het gebouw?
Groet, Jan
A)
s=V,gem * t
V, gem = 0,5* deltaV = 0,5 * g *t = 0,5 * 9,8 * 4,80 = 23,52 m/s
s= 23,52 * 4,80 = 112, 896 m
B)
s= Vgem * t = 350 * 0,2 = 70 m
Het is inderdaad de combinatie van deze twee die het zo lastig maakt.
Vertel verder:
gaan we schrijven als
h=½gtn² (1),
met tn de tijd voor de Neerwaartse beweging
Bij B) pas je een ander stukje uit de algemene bewegingsvergelijking toe, s=v·t
gaan we schrijven als
h=vgel·to (2)
met to de tijd voor de Opwaartse beweging
tenslotte weten we dat de totale tijd van die twee bewegingen 4,8 seconden is.
tn + to = 4,8 s (3)
we hebben nu drie vergelijkingen met drie onbekenden, namelijk h, to en tn .
Dat is algebra. Gaat dat lukken?
groet, Jan
Ik had me inderdaad ook al bedacht dat ik een algebraroute moest nemen, maar om een gekke reden kom ik er niet uit. Ik probeer onbekende waarden te substitueren voor bekende waarden, maar dit resulteert er in dat ik twee h's in mijn vergelijkiing krijg die ik maar niet samen aan een kant van de vergelijking kan krijgen. Ik kom de hele tijd uit op complexe vergelijkingen, en als ik die zie begint er bij mij meestal al een belletje te rinkelen dat ik iets niet goed doe. Dit is ook wat ik bedoelde met het missen van het inzicht; ik zie op dit moment niet hoe ik van a naar b kom, en ik blijf maar proberen. Voorbeeld:
h=vgel*to en tn + to = 4,8
Begin met vergelijking (3)
----> to = 4,8 - tn
substitutie in (2)
----> h=vgel*(4,8-tn) ----> h/vgel= 4,8-tn----> tn= 4,8 - h/vgel
substitutie in (1)
----> h= 0,5g*(4,8- h/vgel)2
En dit is dan het punt dat ik denk te moeilijk te doen, want mijn ervaring met natuurkundeproblemen is dat als je vergelijking zo lastig wordt, dat je dan waarschijnlijk iets fout hebt gedaan.
Maar je kunt inderdaad beter zeggen dat het bij mij aan de algebra schort, en niet zozeer de natuurkunde zelf.
dat was de "productie" van die drie vergelijkingen. Nu je dat zo ziet, zou je dat voor elkaar krijgen in een vergelijkbaar geval? Zo ja, dan schort het daar niet aan. Maar hoe dan ook, ervaring helpt daarbij natuurlijk enorm.
algebra:
eerst reduceren tot twee vergelijkingen met twee onbekenden.
De rechtse leden van (1) en (2) kun je aan elkaar gelijkstellen, want die zijn beide gelijk aan h. Dat geeft een vergelijking (4) waaruit h is verdwenen.
Dan : laten we het niet ingewikkelder maken dan nodig: er wordt je (gelukkig) niet gevraagd om een verband tussen h en t te geven voor alle mogelijke valversnellingen en geluidssnelheden. Dus in (4) vullen we de getalwaarden voor g en vgeluid in.
dan verder naar één vergelijking met één onbekende:
Met behulp van (3) zie je dat je voor to ook (4,8-tn) kunt schrijven.
Substitueer (4,8-tn) voor to in (4)
Werk de haakjes uit en herschrijf tot een kwadratische vergelijking
(dus van de vorm ax² +bx + c = 0)
abc formule toepassen geeft tn.
De rest is een eitje, kwestie van de inmiddels bekende tn invullen in eerdere vergelijkingen om ook h en to te berekenen. De uitkomsten voor tn, to en h kunnen worden ingevuld in de vergelijkingen 1, 2 en 3 ter controle op juistheid.
Omdat je wil eindigen op antwoorden in drie significante cijfers (zoals je gegevens 4,80 s en 350 m/s) onderweg nergens verder afronden dan op 5 significante cijfers. Maar och, da's een detail. Begrip van het algebraïsche stappenplan is 100 x belangrijker dan een meter meer of minder.
groet, Jan
Ik kom nu inderdaad uit op het antwoord van 100 m. Ik had inderdaad niet de stap ingezien dat ik de h's beter kan substitueren. Het komt me wel vaker voor dat ik tijdens natuurkundeproblemen vastloop in de algebra. Het niet invullen van getallen in de vergelijkingen is trouwens gewoon een gewoonte van mij, zodat ik kan blijven zien over welke grootheden ik het heb.
Dat is nu een hoofdstuk gedaan, nu nog de rest....