Krachten op een raket - deel-&heelsystemen

Erik stelde deze vraag op 07 oktober 2024 om 19:41.

In het boek 'overal natuurkunde' staat in hoofdstuk 14.2 sinds jaar en dag een plaatje van een raket, waarin de deel-&heelsystemen worden uitgelegd.

Ik snap de tekst én ben het ook wel tot op zekere hoogte eens met de bullitpoints, alleen ik vind ik conclusie (er werkt alleen zwaartekracht) een vreemde. Tenslotte versnelt het systeem tegen de zwaartekracht in, dus zou de resulterende kracht omhoog moeten zijn.

Het is ook niet zo dat de krachten van buiten het systeem worden genegeerd, dan zou zwaartekracht niet mee mogen doen.

Wat zie ik over het hoofd?

Reacties

Theo de Klerk op 07 oktober 2024 om 20:20

Wat jij impliciet aanneemt, dat de raket stijgt, staat nergens. Maar daarmee is het voorbeeld wat suggestief. Beter zou zijn als je zou indenken dat in plaats van twee raketdelen, er twee dozen boven op elkaar staan op een tafel. De bovenste doos (deel systeem) duwt dan op de doos eronder.

Beide dozen samen (heel systeem) duwen op de ondergrond. De onderste doos met zijn eigen gewicht maar ook door het gewicht van de doos er bovenop.

De situatie van (deel)systemen zie je ook vaak getoond of gevraagd voor trein systemen waarin wagonnen elkaar voorttrekken. De wagon achter de lokomotief trekt het hardst (moet de rest meetrekken) (we noemen dat spanning op de dissel/koppeling), de een na achterste wagon het minst (alleen de laatste maar meetrekken).

 

(afhankelijk van de schermresolutie worden sommige = tekens misschien als - teken gezien. Dit is wat de bovenste formule aangeeft:

en de onderste:

Erik op 07 oktober 2024 om 20:54

Beste Theo, bedankt voor je antwoord. Ik snap het concept van deelsystemen redelijk. Het voorbeeld van de dozen en de trein kan ik volgen.

Nu heb ik nog wel een probleem: in de opgave staat "tijdens de verbranding in de motor oefenen de verbrandingsproducnten een enorme kracht uit". Ook de titel 'de krachten tijdens een lancering' doet vermoeden dat de raket stijgende is.

Ik zie dat de raket zelf plastisch is en dus de krachten van de verbrandingsproducten kan weerstaan. De verbrandingsproducten oefenen volgens de krachtpijlen enkel een kracht naar boven. Nu is vooral mijn vraag: waar gaat de "enorme kracht van de verbrandingsproducten" heen?

Jan van de Velde op 07 oktober 2024 om 20:55

Theo de Klerk

Wat jij impliciet aanneemt, dat de raket stijgt, staat nergens. 

Voor mij toch wel:


En dan klopt de hele zaak volgens mij toch niet zo lekker. Want brandstof zal toch ook mee naar boven moeten.

Ik heb ook even de vectoren opgemeten. |FA op B| = |Fz,A| + |Fz,B|  

Dat komt niet hard van de grond dus, en ik zie niet wat ik hier verkeerd interpreteer. 

Ik vind dat ik (sorry dat ik van mijzelf denk) hier helemaal niet over zou moeten nadenken. Het feit dat ik het niet snap betekent in het slechtste geval dat het fout is, en in het beste geval dat dit een slecht voorbeeld is, onduidelijk uitgewerkt, en dus niet door de eindredactie had mogen komen.

Ik vermoed dat het probleem zit in het verwarren van een massa brandstof (als in een tank) en de kracht van ontsnappend verbrand gas (als in een motor) 

Groet, Jan

 

Theo de Klerk op 07 oktober 2024 om 21:45

"vereenvoudigde tekening van de lancering" zie ik nu - dat suggereert inderdaad toch wel een lancering en maakt de uitleg vreemd - want zoals je stelt, de netto kracht moet omhoog zijn. Niet alleen een zwaartekracht naar beneden (op het hele alsook halve systeem) maar een grotere stuwkracht naar boven. 

Die stuwkracht wordt geleverd door de uitstromende brandstof. Er is netto geen impuls, dus de brandstofmassa die met snelheid v uitstroomt (p = m1v1) moet "de rest" van de raket (systeem A) een gelijke tegengestelde impuls geven (ook p = m2v2 - andere (grotere) massa dus ook andere (minder grote) snelheid ). 

Bij die impuls wordt de massa m2 steeds kleiner door brandstofverlies en de snelheid v2 daardoor steeds groter - daardoor een versnelling a = Δv/Δt en dus een kracht).

Als krachtenpaar gezien (F = Δp/Δt) duwt de raket de brandstof naar buiten (er is maar 1 gat waaruit het weg kan, de wanden van de tank blijven in stand dus gas kan maar langs 1 weg naar buiten: kracht A op B) en de brandstof duwt op de raket (B op A) die daardoor omhoog gaat.

De kracht A op B is gelijk aan de zwaartekracht op A. Maar omdat B "in de weg" zit duwt A op B: het gewicht van A, de kracht van A op B. Fz,B en FA op B zijn qua grootte dus de totale zwaartekracht Fz,B en Fz,A

Erik op 08 oktober 2024 om 08:51

Beste Theo en Jan, dank voor jullie tijd om uitgebreid op mijn vraag in te gaan. Ook het gebruik van de juiste terminologie en het toevoegen van de tekeningen maakt jullie antwoord duidelijk. Ik zal ook eens contact opnemen met de uitgever wat het precieze doel van het voorbeeld is.

Plaats een reactie

+ Bijlage

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

Noortje heeft eenentwintig appels. Ze eet er eentje op. Hoeveel appels heeft Noortje nu over?

Antwoord: (vul een getal in)