Luchtweerstand

Heey,

Ik ben nieuw hier, maar ik had een stukje over luchtweerstand gevond hiero en deze klopt niet. Dit is de link: http://natuurwetenschappen.nl/modules.php?name=News&file=article&sid=376

En dit de foute stukje:
Luchtweerstand
Een zwaar en een licht voorwerp vallen precies even snel op voorwaarde dat ze tijdens hun val niets anders tegenkomen dan alleen maar de zwaartekracht. In werkelijkheid, in de lucht, valt een zwaar voorwerp sneller omdat het veel minder last ondervondt van de luchtweerstand dan een licht voorwerp.

Wat het hoort te zijn:
Bijv: Je hebt twee ballen. Ze zijn allebei van plastic en zijn van dezelfde vorm. Alleen de eerste bal weegt 1kilo en de tweede maar 100gram. Je laat deze ballen van een evengroot hoogte op het zelfde moment vallen. Je ziet dat de 1 kilo bal eerder op de grond is. Waarom?
Dat komt omdat de bal zwaarder is dan de andere bal waardoor er meer zwaartekracht op werkt.

En als je naar de luchtweerstand kijkt, dat is hier hetzelfde. De ballen hebben een evengroot luchtweerstands waarde…

Dus gewicht zal de luchtweerstand niet beinvloeden.

Wij, als auteurs van natuurwetenschappen kunnen natuurlijk ook fouten maken. Of dat in dit geval ook zo is ? Collega spacewuppie maakt normaalgesproken geen fouten, dus hoe zit het nou precies ???

Lees verder …….

Als je de 2 ballen die je in het voorbeeld gebruikt, laat vallen in een vacuum omgeving zijn ze precies gelijk beneden. Hier heeft het gewicht dus geen enkele invloed, want de valversnelling of gravitatieversnelling bij een vrije val [(g)_gem= 9,80665 m/sec² ] is voor beide ballen gelijk. Het gewicht of het soortelijk gewicht heeft dus geen enkele invloed op de valsnelheid in een vacuum omgeving. Alle voorwerpen, of het nu loden ballen, veren of oude schoenen zijn, alles is precies gelijk beneden. Ook in een vacuumomgeving blijft de zwaartekracht natuurlijk gewoon werken en is het ene voorwerp veel zwaarder dan het andere voorwerp.

Dus in het luchtledige vallen alle voorwerpen even snel.

Wat gaat er dan anders als er wel lucht, of een ander gas of vloeistof, is die de beweging afremt. De luchtweerstand voor een bolvormig voorwerp wekt een kracht (F) op die afhankelijk is van de weesrstandscoöficiënt (c_w), het oppervlak (A), de dichtheid van het gas (rho) en de snelheid (v) in het kwadaad. De formule wordt dan F = c_w.A.½.rho.v².  De c_w waarde en het oppervlak van beide voorwerpen zijn precies hetzelfde. De dichtheid van de lucht (1,276 kg/m³) is ook gelijk in beide gevallen en dus is de kracht F ook gelijk. Als we de dichtheid van water nemen (1000 kg/m3) dan zie je dat de weerstandskracht F bijna een factor 1000 groter wordt (1000 / 1,276= 784 om precies te zijn) Het is dan ook veel makkelijker om door lucht te fietsen dan door een zwembad met water. De dichtheid van de lucht is bovendien afhankelijk van de barometerstand en temperatuur en ook dan neemt de kracht F dus toe of af en schaatsers etc die toppresstaties moeten leveren hebben hier dus last van. Wat verder opvalt in de formule is dat de kracht F kwadratisch toeneemt met de snelheid (v²). Stel dat de luchtsnelheid 2 meter/sec (windkracht 2) is en dat de daarbij behorende kracht 4 kg is. Gaat het nu stormen met windkracht 10 ( dat is 26 meter/sec [of 100 km/uur]) dan wordt de kracht F 26² is 676 kg en dat is dus 169 maal groter. In dit geval is de luchtsnelheid 13 maal zo groot (26 / 4 =13 ) en dan wordt de tegenkracht is 13² = 169 maal groter.

Op alle vallende voorwerpen werkt een kracht F in kilogrammen of  Newtons die gelijk is aan het gewicht van het voorwerp. In jouw voorbeeld heb je b.v. 2 ping-pong ballen waarvan er één gevuld is met lood. De met lood gevulde ping-pong bal is dus stukken zwaarder en het zal niemand verbazen dat deze dan ook stukken eerder beneden is dan het gewone ping-pong balletje. Daar komt bij dat zijn snelheid ook nog eens stukken groter wordt (deze neemt iedere seconde toe met 9,8 m/s) en dus wordt zijn luchtweerstand ook nog eens stukken groter. Als de met lood gevulde bal er 5 seconden over doet, heeft hij dus een snelheid van 5 x 9,8 = 49 meter/seconde. De luchtweerstand zal dan misschien 100 gram bedragen, terwijl het loden balletje zelf 400 gram bedraagt. Netto blijft er dan een kracht van 300 gram over naar beneden. Het gewone balletje kan deze snelheid noooit halen want het balletje zelf weegt maar ca.20 gram. Als het een beetje stevig waait komt het gewone ping-pong balletje niet eens naar beneden maar gaat hij zelfs naar boven als de wind ook naar boven gericht is.

Het is verleidelijk om te denken dat dit door het gewicht komt, maar gelukkig heeft onze vriend Newton ook hier een antwoord op. Hij kwam tot de conclusie dat als er een kracht (F)uitgeoefend wordt op een voorwerp deze een versnelling krijgt. De versnelling (a) hangt af van de massa (m) van het voorwerp. Zo zal een houten bal t.o.v. een stalen bal een grotere versnelling krijgen als er eenzelfde kracht op wordt uitgeoefend. Nu ben je geneigd om te denken dat dat komt omdat de stalen bal zwaarder is en dus minder snel versneld dan een houten bal. Onder (zwaarte) gewicht verstaan we echter: aantrekkingskracht door de aarde. Nu is echter gebleken uit ruimteproeven, waar de aantrekkingskracht nagenoeg weg is, dat de verhouding tussen kracht en versnelling altijd constant is ofwel F = m x a (kracht = massa x versnelling). Men noemt dit de tweede wet van Newton. En hieruit volgt als je beide zijden deelt door m dat de [F/m = a] versnelling (a) gelijk is aan F/m.

Hier op aarde houdt dat in dat alle voorwerpen een versnelling (a) krijgen van 9,8 meter/sec^2. Als de massa (m) toeneemt neemt ook de kracht F (zwaartekracht) toe. De verhouding F/m blijft echter constant en dus blijft a (de versnelling) constant. Als er geen luchtweerstand is valt alles dus even snel. Is er wel luchtweerstand dan heeft dit een veel groter effect op lichte dan op zware voorwerpen, maar een zwaarder voorwerp valt niet sneller omdat zijn gewicht groter is. Immers laat ik beide ballen vallen in een luchtkoker, waar een ventilator aan de onderkant staat te zuigen die de lucht een snelheid geeft van 50 m/sec, dan zal de lichte pinp-pong bal juist sneller beneden zijn dan de lood gevulde bal. Dat komt omdat de kracht F op de lichte bal toeneemt van 20 gram (zwaartekracht) naar 120 gram (zwaartekracht + positieve luchtweerstandskracht) De verhouding F/m is dus veranderd met een factor 6 en de lichte bal krijgt dus een 6 maal grotere versnelling. Dus 6 x 9,8 = 59 m/sec. De lood gevulde bal profiteerd hier minder van hier neemt de kracht toe van 400 naar 500 gram en dus deze krijgt dus een versnelling van 5/4 x 9,8 = 12,25 m/sec. Draai ik de ventilator om dan valt de loden bal nog steeds terwijl de gewone ping-pong bal de andere kant op gaat. Niet het gewicht bepaald dus de valsnelheid, maar de luchtweerstand.

Het verhaal van spacewuppy klopt dus helemaal (gelukkig)

***arjen***