Modelleren van een looping

Annebel stelde deze vraag op 17 december 2024 om 15:09.

Hoi!

Ik ben voor natuurkunde 6VWO bezig om een looping te modelleren van een balletje die een looping aflegt. Met een video meting hebben we een grafiek gemaakt waarin de horizontale en verticale beweging tegen elkaar uit staan. Het vormt een cirkel. 
Bij het modelleren van deze beweging lukt het ons maar niet om een cirkel te krijgen. 

We hebben weinig ervaring met modelleren en ook niet veel uitleg gehad, dus tips worden op prijs gesteld! 

De bruine cirkel in de grafiek hieronder is de achtergrondgrafiek uit de videometing!

Bijlagen:

Reacties

Jan van de Velde op 17 december 2024 om 17:42

dag Annebel,

als ik lees:
"weinig ervaring met modelleren en ook niet veel uitleg gehad"  
dan ben je in het gezelschap van veel lotgenoten. Als je dan een cirkelbeweging moet gaan modelleren komt het erop neer dat je probeert om een differentiaalvergelijking op te lossen nog voordat we je goed en wel optellen en aftrekken hebben geleerd.  

Buiten dat we hier dat model voor je gaan schrijven gaan we dit ook niet voor je kunnen oplossen, maar daar is het onderwerp modelleren ook niet voor bedoeld. De bedoeling is dat je een (reken)probleem analyseert, opdeelt in eenvoudige rekenstapjes, en die in een logische volgorde zet

Zie bijvoorbeeld hier voor een gevalletje lotgenoot:
https://www.natuurkunde.nl/vraagbaak/82398/modelleergegevens-voor-een-kogelbaan

Wat jij eerst moet doen is voor eenvoudige, voorspelbare bewegingen stap voor stap een modelletje bouwen  en narekenen. In diezelfde topic schrijf ik daarvoor ook een suggestie, zoek het bericht van Jan van de Velde op 02 maart 2022 om 09:45.

Want die computer is een dom ding: jij moet hem alles stapje voor te zetten stapje voorkauwen. Zoals jij zelf ook een meerstappensommetje uitrekent, stap voor stap noteren en uitwerken. Wat die computer dan weer wel kan is dat stappenplannetje duizenden keren in een seconde doorrekenen, als jij hem maar eenmaal een kloppend stappenplannetje hebt gegeven, . 

De kunst is dus om de stappen op een rijtje te krijgen die je zelf moet zetten om dit probleem met de hand op papier op te lossen, en dat daarna te schrijven in een taal die de computer ook snapt (syntax heet dat dan).

Alsjeblieft, geloof ons als we zeggen dat loopingmodelletje maar eens even in de koelkast te zetten en met iets veel eenvoudigers te beginnen: zoals wiskunde, eerst leren optellen aftrekken, dan vermenigvuldigen delen, dan kwadraten en wortels, dan haakjes, dan logaritmen, sinussen e.d., en dan gaan we eens naar differentiaalvergelijkingen kijken. Niet andersom. 

En anders: zonde van jouw tijd en de onze. En van mij mag je tegen je docent zeggen dat de helpers van natuurkunde.nl (alle drie gepokt en gemazeld voor de klas) gezegd hebben dat op deze manier elke poging tot modelleren een zinloze exercitie is. 

Groet, Jan

annebel op 17 december 2024 om 20:41

Dank voor de reactie, ik zal zeker die vergelijkbare topic even doornemen. Ik geloof dat dit mij een stuk verder zal brengen.

Theo de Klerk op 17 december 2024 om 21:45

De "beginnersfout" bij modelleren is meestal dat men de formules uit het boek erin stopt.
Bijv.   s = 1/2 at2 voor een versnelde beweging. Maar bij modelleren deel je alles in kleine tijdsintervallen op waarbij je de s-formule feitelijk grafisch tot stand laat komen door tussentijdse berekeningen. Stel tijdsinterval dt = 0,1 s met een versnelling a = 3 m/s2 dan geldt voor elke intervalperiode dat  snelheidstoename dv = a dt = 3 x 0,1 = 0,3 m/s. De nieuwe snelheid is dan 0,3 m/s groter dan de snelheid uit de vorige periode.  Die snelheid wordt weer gebruikt om de afstandstoename te berekenen. De afstandstoename is ds = v dt zodat de totale afstand de vorige interval afstand was plus de toename.

In een Excel plaatje voor 0-1 s in 10 stappen weergegeven:

Je ziet dat de snelheidstoenamekolom constant is (want a = 3, dus dv is steeds a * dt = 3 * 0,1=0,3), de snelheid daardoor met die waarde steeds toeneemt en de afgelegde weg in een interval ook met die steeds grotere waarde toeneemt zodat de totale afgelegde weg een kwadratisch verband met de tijd heeft.

Dus ook bij de looping berekeningen steeds kijken: wat is de totale kracht (in x en y componenten), wat betekent dat voor de versnelling (in x en y richtingen), daaruit volgende snelheid en afstand.

Plaats een reactie

+ Bijlage

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

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

Antwoord: (vul een getal in)