kracht op uitstekend onderdeel
GUY stelde deze vraag op 30 augustus 2018 om 10:35.
Beste,
Een kajak is degelijk aan een ladder bevestigd, de ladder is bevestigd aan de achterwand van de camper, de bovenste bouten van de ladder zitten 40 cm onder het dak van de camper. De kajak steekt aerodynamisch 40 cm boven uit boven het dak. Het breedste gedeelte is 50 cm...uiteinde 10 cm. De boutjes voor de bevestiging van de ladder zijn echter standaard maar m6... 4 van boven en 4 van onder.
Is de trekkracht op de boutjes eventueel ruw te berekenen,aan de hand van de info?
Op de ladder mag een persoon van 150 kg staan.
De kajak zelf is 2.90m lang en weegt 19 kg.
De berekening eventueel bij een snelheid van 120 km/uur.
Geen evidente vraag natuurlijk...

Een kajak is degelijk aan een ladder bevestigd, de ladder is bevestigd aan de achterwand van de camper, de bovenste bouten van de ladder zitten 40 cm onder het dak van de camper. De kajak steekt aerodynamisch 40 cm boven uit boven het dak. Het breedste gedeelte is 50 cm...uiteinde 10 cm. De boutjes voor de bevestiging van de ladder zijn echter standaard maar m6... 4 van boven en 4 van onder.
Is de trekkracht op de boutjes eventueel ruw te berekenen,aan de hand van de info?
Op de ladder mag een persoon van 150 kg staan.
De kajak zelf is 2.90m lang en weegt 19 kg.
De berekening eventueel bij een snelheid van 120 km/uur.
Geen evidente vraag natuurlijk...



Reacties
Theo de Klerk
op
30 augustus 2018 om 12:17
Zonder alles te gaan zitten uitrekenen, heb je hier te maken met een typische evenwichtssituatie waarbij enerzijds de lucht duwt tegen het uitstekende stuk van de kajak (weg van de camper) en anderzijds de trapschroeven die een tegenkracht uitoefenen (naar de camper toe). Zolang de trapschroeven de luchtweerstand kunnen overtreffen, zal de kajak en trap op hun plek blijven.
Anders wordt de trap (met kajak) door de lucht losgerukt van de camper.

De grote onbekenden (voor mij) zijn de factoren die de luchtweerstand bepalen:
C : de "vormfactor" of mate van aerodynamica (hoeveel moeite moet de lucht doen om langs de uitstekende punt te komen)
A : het oppervlak van de uitstekende punt (hoe groter, hoe meer weerstand)
Daarna kun je uitrekenen met welke kracht de lucht tegen de punt aanduwt (kracht moment berekenen: kracht x afstand tot draaipunt, dit zal bij de onderste schroeven zijn) en dit moment moet minder zijn dan de kracht die de schroeven in tegengestelde richting uitoefenen: kracht schroef x afstand tot draaipunt.
In de tekening is 1 schroef getekend, maar een reeks schroeven onder elkaar maakt het makkelijker de wind tegenspel te geven: het krachtmoment is dan de som van elk van de schroefkrachten x afstand tot draaipunt. De grootste afstand zal bovenaan zijn, de kleinste afstand voor de onderste schroeven.
De camper zelf moet de kracht die die schroeven moeten leveren ook wel kunnen leveren: anders schieten de schroeven eruit.
Anders wordt de trap (met kajak) door de lucht losgerukt van de camper.

De grote onbekenden (voor mij) zijn de factoren die de luchtweerstand bepalen:
C : de "vormfactor" of mate van aerodynamica (hoeveel moeite moet de lucht doen om langs de uitstekende punt te komen)
A : het oppervlak van de uitstekende punt (hoe groter, hoe meer weerstand)
Daarna kun je uitrekenen met welke kracht de lucht tegen de punt aanduwt (kracht moment berekenen: kracht x afstand tot draaipunt, dit zal bij de onderste schroeven zijn) en dit moment moet minder zijn dan de kracht die de schroeven in tegengestelde richting uitoefenen: kracht schroef x afstand tot draaipunt.
In de tekening is 1 schroef getekend, maar een reeks schroeven onder elkaar maakt het makkelijker de wind tegenspel te geven: het krachtmoment is dan de som van elk van de schroefkrachten x afstand tot draaipunt. De grootste afstand zal bovenaan zijn, de kleinste afstand voor de onderste schroeven.
De camper zelf moet de kracht die die schroeven moeten leveren ook wel kunnen leveren: anders schieten de schroeven eruit.
Theo de Klerk
op
30 augustus 2018 om 14:03
Tenzij ik domme rekenfouten maak, moet de kajak wel aan de trap kunnen worden opgehangen.
Als ik het uitstekende deel van de kajak als onvoordelig rechthoekig blok (C=1,05) neem met oppervlak 40x50 cm2 met een luchtdichtheid van 1,2 kg/m3 dan kan ik een grove schatting maken van de luchtweerstand (als krachtmoment 277 Nm). Omdat het gewicht van de kajak ook nog enige belasting oplevert (maar klein, ik neem even aan dat hij zo'n 40 cm van de camperwand zit opgetuigd) (krachtmoment 76 Nm) moeten de vier schroeven boven dat moment weerstaan. De onderste schroeven zitten zo dicht bij het draaipunt dat zij nauwelijks effect hebben voor het steunen van de kajak.
Die vier schroeven moeten dan 277+76 (=353) Nm weerstaan. Ze zitten op 290 - 80 cm (290 - 2x40) boven het vermoedde draaipunt en om de luchtweerstand en gewicht van de kajak te weerstaan moeten ze samen een moment hebben groter dan 353 Nm.
Dat kan als ze een kracht van meer dan 42 N kunnen weerstaan.
Als ik de schroefspecificaties goed lees dan is de trekkracht (=treksterkte x oppervlak) ruim voldoende: 16000 N zouden ze moeten houden, slechts 42 N is nodig.
Al zegt dat alleen maar iets over de schroef. Belangrijk is ook hoe goed die schroef verankerd is in de camper. Als de schroef "losschiet" dan blijft de schroef wel heel, maar scheurt de trap en kajak alsnog los. Dus onbekende hier: wat is de treksterkte van het schroefgat/plug die aangeeft hoe onlosmakelijk de schroef in de camper vastzit.
Als ik het uitstekende deel van de kajak als onvoordelig rechthoekig blok (C=1,05) neem met oppervlak 40x50 cm2 met een luchtdichtheid van 1,2 kg/m3 dan kan ik een grove schatting maken van de luchtweerstand (als krachtmoment 277 Nm). Omdat het gewicht van de kajak ook nog enige belasting oplevert (maar klein, ik neem even aan dat hij zo'n 40 cm van de camperwand zit opgetuigd) (krachtmoment 76 Nm) moeten de vier schroeven boven dat moment weerstaan. De onderste schroeven zitten zo dicht bij het draaipunt dat zij nauwelijks effect hebben voor het steunen van de kajak.
Die vier schroeven moeten dan 277+76 (=353) Nm weerstaan. Ze zitten op 290 - 80 cm (290 - 2x40) boven het vermoedde draaipunt en om de luchtweerstand en gewicht van de kajak te weerstaan moeten ze samen een moment hebben groter dan 353 Nm.
Dat kan als ze een kracht van meer dan 42 N kunnen weerstaan.
Als ik de schroefspecificaties goed lees dan is de trekkracht (=treksterkte x oppervlak) ruim voldoende: 16000 N zouden ze moeten houden, slechts 42 N is nodig.
Al zegt dat alleen maar iets over de schroef. Belangrijk is ook hoe goed die schroef verankerd is in de camper. Als de schroef "losschiet" dan blijft de schroef wel heel, maar scheurt de trap en kajak alsnog los. Dus onbekende hier: wat is de treksterkte van het schroefgat/plug die aangeeft hoe onlosmakelijk de schroef in de camper vastzit.

GUY
op
30 augustus 2018 om 14:07
Hallo Theo,
Allesinds bedankt voor de snelle reactie,
Als ik de kracht op het uitstekende gedeelte al weet,zonder de "hefbomen"is het ok...
F= 1/2 CApv2
Is C de dragcoëf ? deze zou ik 0.50 nemen
A = 1200cm2
p = soortelijk gewicht? plastiek max 2 kg dat uitsteekt
v= 120 km/uur
(diepte van uitstekende stuk is 15 cm)
wat is nu precies F...uitgedrukt in ?
Kan je hiermee de kracht bepalen? uitgedrukt in kg ?
Theo de Klerk
op
30 augustus 2018 om 14:14
Ja, C is de "drag coefficient". Bekend voor "simpele" geometrische vormen als bol, blok e.d. maar meestal experimenteel bepaald voor echte voorwerpen met vreemde vorm.
ρ is de dichtheid van de lucht (het medium waar de auto en kajak doorheen moeten)
F is de kracht - eenheid newton (N). Er geldt voor de "oudjes" dat 1 kgf = 9,81 N (ofwel een kracht gedeeld door bijna 10 levert de oude "kilo"krachtwaarde op - maar feitelijk hebben we het over massa).
Krachten druk je dus niet uit in kilo's. Dat kost heel wat tijd op het vo om dat duidelijk te maken - en vervolgens zijn er allerlei journalistieke nitwitten van respectabele kranten die weer leuteren over kilo's (duidelijk nooit natuurkunde als schoolvak gehouden).
De luchtweerstand op het bovendeel lijkt op 146 N uit te komen - zeg maar 15 kgf.
ρ is de dichtheid van de lucht (het medium waar de auto en kajak doorheen moeten)
F is de kracht - eenheid newton (N). Er geldt voor de "oudjes" dat 1 kgf = 9,81 N (ofwel een kracht gedeeld door bijna 10 levert de oude "kilo"krachtwaarde op - maar feitelijk hebben we het over massa).
Krachten druk je dus niet uit in kilo's. Dat kost heel wat tijd op het vo om dat duidelijk te maken - en vervolgens zijn er allerlei journalistieke nitwitten van respectabele kranten die weer leuteren over kilo's (duidelijk nooit natuurkunde als schoolvak gehouden).
De luchtweerstand op het bovendeel lijkt op 146 N uit te komen - zeg maar 15 kgf.
GUY
op
30 augustus 2018 om 14:52
Amaai, ontzettend bedankt Theo!
De bevestiging van de bouten zit wel goed,aan de binnenkant
van de camper zitten deze nog in balkjes...deze door de achterwand trekken
kan niet echt...
Theo de Klerk
op
30 augustus 2018 om 17:02
Ik zou wel de kajak met zijn dichte bodem naar voren bevestigen zodat de lucht langs de kajak gaat en niet ergens wordt ingevangen in een holte. Daar moet de lucht ook weer uit en dat geeft aanzienlijk grotere weerstanden. Temeer daar de lucht ook deels tussen camper en kajak zal stromen en zo ook in het mangat kan komen. Met het mangat naar achteren (bodem tegen de camper) heb je dat probleem niet.
Jan van de Velde
op
30 augustus 2018 om 17:22
Ik ga met Theo's berekeningen mee, toch weet ik niet of het verstandig is je kayak vaak zo te vervoeren.
Die boutjes gaan het vast wel houden bij een gelijkmatige belasting: Een persoon van 150 kg die die ladder op klimt en daarbij een beetje achterover leunt (zoals je onvermijdelijk doet als je een verticale ladder beklimt) oefent al gauw een groter moment uit dan die winddruk op die kayak. Plus een vrij forse verticale afschuifkracht, beduidend meer dan die kayak.
Maar de lucht die over een camperdak trekt is zeer turbulent; ik denk dan ook dat die boutjes aardig wat geruk verduren krijgen. En daarbij kan op den duur wel eens metaalmoeheid optreden.
Hoe dan ook, we zijn hier geen ingenieursbureau, dus wij nemen geen verantwoordelijkheid als het toch een keer mis zou gaan.
Groet, Jan
Die boutjes gaan het vast wel houden bij een gelijkmatige belasting: Een persoon van 150 kg die die ladder op klimt en daarbij een beetje achterover leunt (zoals je onvermijdelijk doet als je een verticale ladder beklimt) oefent al gauw een groter moment uit dan die winddruk op die kayak. Plus een vrij forse verticale afschuifkracht, beduidend meer dan die kayak.
Maar de lucht die over een camperdak trekt is zeer turbulent; ik denk dan ook dat die boutjes aardig wat geruk verduren krijgen. En daarbij kan op den duur wel eens metaalmoeheid optreden.
Hoe dan ook, we zijn hier geen ingenieursbureau, dus wij nemen geen verantwoordelijkheid als het toch een keer mis zou gaan.
Groet, Jan
GUY
op
31 augustus 2018 om 08:56
bedankt voor de reacties,de kajak is bevestigt zoals op de foto,met de bodem naar de camper,anders heb ik ook geen airodynamische "punt".Vanwege de turbulentie zal
ik ook nog een spanriem van de ladder naar een dakpunt proberen te bevestigen.
Kzal al beginnen met 90 km/uur,en de zaak opvolgen.Maar het is echt wel een voordeel,dat je niet steeds op het dak hoeft te klauteren.
ik ook nog een spanriem van de ladder naar een dakpunt proberen te bevestigen.
Kzal al beginnen met 90 km/uur,en de zaak opvolgen.Maar het is echt wel een voordeel,dat je niet steeds op het dak hoeft te klauteren.