Kracht door instortende bovenverdieping

Sjaak stelde deze vraag op 19 november 2023 om 15:21.
Vraag: als de bovenste ~ 30 verdiepingen van de South Tower van de Twin Towers tijdens 9-11 aanslagen in New York drie verdiepingen (die afstand stellen we even op 10 meter, voor het gemak) naar beneden vallen (tgv verzwakte metalen balken door de brand op die drie verdiepingen), wat is dan ongeveer de kracht (gewicht uitgedrukt in verdiepingen) die uitgeoefend wordt op de daaronder liggende verdieping? Kan gesteld worden dat de valsnelheid ongeveer 10m/s en kan dan de formule 0.5*m*(v in het kwadraat) gebruikt worden? Dus uitkomst 0,5*30verdiepingen*100 = impact gelijk aan gewicht van 1500 verdiepingen?

Reacties

Theo de Klerk op 19 november 2023 om 15:39
Een soortgelijk geval kwam recent ook al langs https://www.natuurkunde.nl/vraagbaak/91241/3de-wet-van-newton.
De kracht van bovenverdiepingen die drukken op onderverdiepingen is, zonder allerlei randeffecten mee te nemen, domweg het gewicht van die verdiepingen. De onderste verdieping "draagt" alle erboven liggende verdiepingen en de bovenste verdieping draagt niks.
Het gewicht neemt toe (niet de zwaartekracht) naar mate de verdieping niet alleen massa heeft (en een gewicht uitoefent door de zwaartekracht) maar ook nog een snelheid. Om die te stoppen is een extra kracht F nodig die die snelheid stopt (Δv = v-0=v) volgens F = m Δv/Δt  Hoe groot die extra kracht bovenop het "stilstaande gewicht" is hangt af van hoe groot het tijdsinterval is waarmee de beweging gestopt wordt.
M.a.w. het is niet van te voren te zeggen met welke kracht een naar beneden vallend voorwerp/verdieping op de onderliggende materie werkt zonder dit soort informatie te hebben.
Jan van de Velde op 19 november 2023 om 20:40

Sjaak

Kan gesteld worden dat de valsnelheid ongeveer 10m/s en kan dan de formule 0.5*m*(v in het kwadraat) gebruikt worden? Dus uitkomst 0,5*30verdiepingen*100 = impact gelijk aan gewicht van 1500 verdiepingen?

Nee, want met ½mv² bereken je de kinetische energie, en dat heeft niks te maken met het gewicht. Dat zijn twee geheel verschillende grootheden. Natuurkundig is dit dus grote onzin. 

Groet, Jan

Sjaak op 20 november 2023 om 05:26

Dag Theo en Jan,

Dank voor jullie reactie. Ik herinnerde mij de formules vd middelbare school: mgh = ½mv², maar die heb ik hier ten onrechte toegepast: die betreffen dus energie en niet F tgv massa en tijd.


Die Δt zal heel klein geweest zijn. Stel 0.2 sec (en eerder 0.1 voor de meeste verdiepingen daaronder).

Bij de South Tower werden ongeveer 6 verdiepingen geraakt. Stel 3 begaven het, dan is die valhoogte ongeveer 11 meter, ronden we af op 10.  Dan vinden we v = 10m/s (ik stel g op 10).

m druk ik uit in verdiepingen.

Dan volgt extra F = m*Δv/Δt = 30 verdiepingen * 10/0.2 = 30*50 = 1500 verdiepingen.

Is dit rekentechnisch in principe een juist exercitie?

Jan van de Velde op 20 november 2023 om 08:01
rekentechnisch wel, bouwtechnisch raakt het kant noch wal door al die veronderstellingen.

Waar wil je heen met deze exercitie? 
Sjaak op 20 november 2023 om 08:30

Hallo Jan,

Well, waar ik heen wil is dit: 9-11-complotdenkers stellen dat WTC1&2 alleen maar ingestort kunnen zijn tgv geplaatste explosieven op ELKE verdieping, die achtereenvolgens telkens na tienden van secondes op elke verdieping ontploft zijn. (Dat dit 1-2 jaren voorbereiding vergt (volgens demolition-experts) en al die explosieven en km's draden niet ongezien geplaatst kunnen worden, negeren zij. En er zijn andere redenen waarom dit gewoon niet kan, zoals dat het nagenoeg onmogelijk is op tienden van secondes 100-en explosies achtereenvolgens op het juiste moment op de juiste verdieping te laten plaatsvinden.)

Ik stelde in die discussie dat de impact tgv 30 vallende verdiepingen overeen moet komen met minimaal 10x dat gewicht, maar ik was niet zeker welke formule ik daarvoor kon gebruiken.

Als we vervolgens kijken naar de korte tijd waarin de torens instorten, kunnen we stellen dat de tjidsduur van de impact per verdieping niet langer dan 0.1 a 0.2 sec geweest kan zijn, wrsch < 0.1 sec.

Volgens Wikipedia hadden de torens boven de plaats van impact slechts 11 extra (stilstaande) verdiepingen kunnen dragen. https://en.wikipedia.org/wiki/Collapse_of_the_World_Trade_Center.

Dus - volgens mijn visie - is het niet vreemd dat de torens instortten tgv een impact overeenkomend met een gewicht van 100-en verdiepingen.

 

 

 

Theo de Klerk op 20 november 2023 om 09:39
ik maak me sterk dat een meer dan 100 verdiepingen gebouw slechts 10 verdiepingen kan dragen. Als architecten daarbij niet kunnen rekenen had heel  Manhattan allang moeten instorten. Dit lijkt me een andere conspiracy of domweg geen verstand van zaken affaire.
Jan van de Velde op 20 november 2023 om 13:03
Ik vertrouw geheel op mijn collega's de bouwkundig ingenieurs.

En laat ik het verder zo zeggen: wie rare verhalen zoekt achter die instortingen ga je ook niet met een paar berekeningen met sterk vereenvoudigde aannames hier kunnen overtuigen: verloren moeite.

Groet, Jan


 

Plaats een reactie

+ Bijlage

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

Clara heeft vier appels. Ze eet er eentje op. Hoeveel appels heeft Clara nu over?

Antwoord: (vul een getal in)