Fysik
SSO - raketfysik
04. november 2006 af
Johan123 (Slettet)
Jeg skal her til jul skrive SSO i fysik og har valgt emnet raketfysik. Er der nogle af jer som har erfaring i dette eller bare nogle gode ideér.
Jeg har bygget en vandraket som jeg vil skyde af, og så filmer jeg affyringen og ved hjælp af et program der hedder Logger Pro kan jeg analysere bevægelsen. Ud over dette har jeg også lavet en opstilling, hvor jeg har en anden flaske, der står i et stativ så jeg kan måle på den kraft som raketten giver.
Her er et link, (min opstilling ligner meget)
http://www.hj-gym.dk/fagene/fysik/raketafskydning/raket.htm
Er der nogle der har nogle andre ideer til at analysere fysikken i en raket, eller nogle som evt. vil kunne hjælpe og måske også komme med noget respons på min opgave lige inden jeg skal aflevere?
Håber nogle kan hjælpe og komme med ideér.
Jeg har bygget en vandraket som jeg vil skyde af, og så filmer jeg affyringen og ved hjælp af et program der hedder Logger Pro kan jeg analysere bevægelsen. Ud over dette har jeg også lavet en opstilling, hvor jeg har en anden flaske, der står i et stativ så jeg kan måle på den kraft som raketten giver.
Her er et link, (min opstilling ligner meget)
http://www.hj-gym.dk/fagene/fysik/raketafskydning/raket.htm
Er der nogle der har nogle andre ideer til at analysere fysikken i en raket, eller nogle som evt. vil kunne hjælpe og måske også komme med noget respons på min opgave lige inden jeg skal aflevere?
Håber nogle kan hjælpe og komme med ideér.
Svar #1
04. november 2006 af Dominik Hasek (Slettet)
#0:
Her er fixer på hjemmebane! Prøv at kontakt ham hvis muligt.
Her er fixer på hjemmebane! Prøv at kontakt ham hvis muligt.
Svar #2
05. november 2006 af fixer (Slettet)
Det er rigtigt; raketter, herunder vandraketter, er een af mine største interesser.
I starten af mit universitetsstudie lavede jeg et 3-ugers kursus i matematisk modellering omhandlende en simpel model af fysikken i vandraketter. Den rækker noget udover gymnasieniveau og vil numerisk ikke kunne håndteres af et regneark. Modellen indeholder dog en række forhold (antagelser, begrænsninger, fysiske mekanismer i væske- og gasstrømmen) som kan have almen interesse også for din opgave.
Jeg har stadig opgaven i elektronisk form i en havareret udgave, idet de eksperimentelle resultater mangler. Hvorvidt det ved læsning af opgaven er muligt for en gymnasieelev let at adskille de generelle forhold fra de mere regnetekniske detaljer, kan jeg ikke let vurdere. Men det kan Dominik måske; han har set opgaven. Måske den skulle oploades...
Fysikken i en vandraket er mildest talt kompliceret og i en SSO kan man ikke gøre sig forhåbninger om andet end at kante sig lidt skævt ind på det med nogle meget simple modeller hvilende på oftest ufysiske antagelser.
Derfor mener jeg, din opgave i højere grad bør fokusere på begrænsningerne i den anvandte model; hvilke antagelser er rimelige, hvilke er ikke og hvorfor? Hvilke fejlkilder er der ved eksperimenterne og hvordan giver de sig udslag?
Forsøgene til måling af trykkraften som funktion af tiden ser rimelige ud. En væsentlig ting er dog at bemærke sig, at man fjerner tilbagekoblingen af det effektive tyngdefelt, der skabes af rakettens acceleration, på væskestrømningen. Derfor er det ikke den reelle trykkraft - den der ville herske under en fri flyvning - man måler.
Jeg vil være meget interesseret i at se din rapport, specielt den eksperimentelle del. Derudover foreslår jeg, at du stiller uddybende, specifikke spørgsmål. Endeligt kan jeg overveje om min gamle opgave skal oploades (men tvivler på den har almen interesse). Alternativt kan jeg sende den til dig.
I starten af mit universitetsstudie lavede jeg et 3-ugers kursus i matematisk modellering omhandlende en simpel model af fysikken i vandraketter. Den rækker noget udover gymnasieniveau og vil numerisk ikke kunne håndteres af et regneark. Modellen indeholder dog en række forhold (antagelser, begrænsninger, fysiske mekanismer i væske- og gasstrømmen) som kan have almen interesse også for din opgave.
Jeg har stadig opgaven i elektronisk form i en havareret udgave, idet de eksperimentelle resultater mangler. Hvorvidt det ved læsning af opgaven er muligt for en gymnasieelev let at adskille de generelle forhold fra de mere regnetekniske detaljer, kan jeg ikke let vurdere. Men det kan Dominik måske; han har set opgaven. Måske den skulle oploades...
Fysikken i en vandraket er mildest talt kompliceret og i en SSO kan man ikke gøre sig forhåbninger om andet end at kante sig lidt skævt ind på det med nogle meget simple modeller hvilende på oftest ufysiske antagelser.
Derfor mener jeg, din opgave i højere grad bør fokusere på begrænsningerne i den anvandte model; hvilke antagelser er rimelige, hvilke er ikke og hvorfor? Hvilke fejlkilder er der ved eksperimenterne og hvordan giver de sig udslag?
Forsøgene til måling af trykkraften som funktion af tiden ser rimelige ud. En væsentlig ting er dog at bemærke sig, at man fjerner tilbagekoblingen af det effektive tyngdefelt, der skabes af rakettens acceleration, på væskestrømningen. Derfor er det ikke den reelle trykkraft - den der ville herske under en fri flyvning - man måler.
Jeg vil være meget interesseret i at se din rapport, specielt den eksperimentelle del. Derudover foreslår jeg, at du stiller uddybende, specifikke spørgsmål. Endeligt kan jeg overveje om min gamle opgave skal oploades (men tvivler på den har almen interesse). Alternativt kan jeg sende den til dig.
Svar #3
05. november 2006 af Johan123 (Slettet)
Hej Fixer...
Har du set mine beskeder? jeg ved nemlig ikke helt om du har modtaget dem, for de er nemlig ikke under sendt post hos mig.
Har du set mine beskeder? jeg ved nemlig ikke helt om du har modtaget dem, for de er nemlig ikke under sendt post hos mig.
Svar #4
05. november 2006 af fixer (Slettet)
Du kan ikke sende beskeder til mig via foraets kontaktssystem da jeg har fravalgt det.
Svar #5
05. november 2006 af fixer (Slettet)
Hmm, det lader til, at med den nye version af portalen er beskedssystemet en fast bestanddel. Du burde kunne sende mig beskeder, men jeg har ikke modtaget nogen. Nu har jeg prøvet at sende dig een.
Svar #6
05. november 2006 af Johan123 (Slettet)
Det virker åbentbart ikke... Jeg har heller ikke modtaget nogen.
Det jeg skrev var:
Jeg vil være meget interesseret i at se den del af din rapport du har tilbage. Jeg har også tænkt mig at lave en modelberegning, så derfor ville det være til stor hjælp for mig at se hvilke overvejelser du har gjort dig. Hvordan har du eftervidst dine overvejelser?
Du skriver at jeg skal foretage nogle antagelser, kan du komme med nogle forslag på, hvad der ville være smart fysisk at eftervise og hvilke jeg bliver nødt til at lave antagelser på?
Har du nogle ideer på hvordan jeg kan regne tilbagekoblingen med? Er det noget du har lavet overvejelser om?
Du må meget gerne sende din opgave til min mail da det ikke ser ud til at studieportalens beskedservice virker. Min mail står inde på min profil nu.
Mange tak for at du gider hjælpe....
Det jeg skrev var:
Jeg vil være meget interesseret i at se den del af din rapport du har tilbage. Jeg har også tænkt mig at lave en modelberegning, så derfor ville det være til stor hjælp for mig at se hvilke overvejelser du har gjort dig. Hvordan har du eftervidst dine overvejelser?
Du skriver at jeg skal foretage nogle antagelser, kan du komme med nogle forslag på, hvad der ville være smart fysisk at eftervise og hvilke jeg bliver nødt til at lave antagelser på?
Har du nogle ideer på hvordan jeg kan regne tilbagekoblingen med? Er det noget du har lavet overvejelser om?
Du må meget gerne sende din opgave til min mail da det ikke ser ud til at studieportalens beskedservice virker. Min mail står inde på min profil nu.
Mange tak for at du gider hjælpe....
Svar #7
06. november 2006 af fixer (Slettet)
Jeg vil se om jeg kan få den gravet frem efter arbejdstid og sendt den til dig. Den er iøvrigt på engelsk.
Omtalte model bygger på nogle simplificerende antagelser, der alle er forklaret og begrundet i rapporten. De væsentlige er:
a) Gasflowet antages isentropisk. Det letter i helt ekstrem grad håndteringen af luftmassen over vandmassen samt beskrivelsen af den gasudstrømning, der følger efter vandudstrømningen.
b) Vandoverfladen er hele tiden ortogonal på flyveretningen. Det letter beskrivelsen af vandudstrømningen.
c) Vandstrømningen er irrotationel. Det letter også beskrivelsen af vandudstrømningen da den så kan antages endimensional.
Alle antagelser tjener naturligvis til at koge et yderst kompliceret problem ned til noget, der kan håndteres i et 3-ugers kursus.
Selv med disse mange simplificeringer er modellen nok udover hvad du kan forventes at komme op med, men tanken er også mere, at du kan se hvilke ting du ikke har med i din model. Så kan du overveje hvad det betyder for dine simuleringer.
Mht til tilbagekoblingen så er det med i min model. Det kommer helt automatisk når man opskriver impulsbevarelse for systemet i et ikke-inertialsystem.
Hvis du søger på nettet på "water rocket" eller "bottle rocket" vil du kunne finde mange der med "hjemmesnedkeri" har forsøgt at modellere hvad der foregår i en vandraket. Alle de forsøg jeg har set, anvender Bernoulli's sætning på et strømrør til at komme frem til en formel for trykkraften. Desværre er det fysisk set helt uantageligt at anvende denne sætning da den kun gælder for laminare, stationære, irrotationelle strømninger. Ingen af delene er opfyldt; specielt de to første overhovedet ikke.
Omtalte model bygger på nogle simplificerende antagelser, der alle er forklaret og begrundet i rapporten. De væsentlige er:
a) Gasflowet antages isentropisk. Det letter i helt ekstrem grad håndteringen af luftmassen over vandmassen samt beskrivelsen af den gasudstrømning, der følger efter vandudstrømningen.
b) Vandoverfladen er hele tiden ortogonal på flyveretningen. Det letter beskrivelsen af vandudstrømningen.
c) Vandstrømningen er irrotationel. Det letter også beskrivelsen af vandudstrømningen da den så kan antages endimensional.
Alle antagelser tjener naturligvis til at koge et yderst kompliceret problem ned til noget, der kan håndteres i et 3-ugers kursus.
Selv med disse mange simplificeringer er modellen nok udover hvad du kan forventes at komme op med, men tanken er også mere, at du kan se hvilke ting du ikke har med i din model. Så kan du overveje hvad det betyder for dine simuleringer.
Mht til tilbagekoblingen så er det med i min model. Det kommer helt automatisk når man opskriver impulsbevarelse for systemet i et ikke-inertialsystem.
Hvis du søger på nettet på "water rocket" eller "bottle rocket" vil du kunne finde mange der med "hjemmesnedkeri" har forsøgt at modellere hvad der foregår i en vandraket. Alle de forsøg jeg har set, anvender Bernoulli's sætning på et strømrør til at komme frem til en formel for trykkraften. Desværre er det fysisk set helt uantageligt at anvende denne sætning da den kun gælder for laminare, stationære, irrotationelle strømninger. Ingen af delene er opfyldt; specielt de to første overhovedet ikke.
Svar #8
06. november 2006 af Johan123 (Slettet)
Vil vandoverfladen ikke altid være ortogonal på flyveretningen?
Jeg kan godt se at du har været inde over nogle overvejelser som det ikke forventes at jeg skal kunne, men alligevel tror jeg at din opgave vil være til stor hjælp, da det kan hjælpe mig med at komme op på et højere niveau.
Tænkte på om du ikke kunne give mig nogle titler på nogle af de bøger du brugte for så kan jeg måske også læse mig til meget at det du skriver, og så kan jeg nok komme med mere konkrete spørgsmål?
Jeg kan godt se at du har været inde over nogle overvejelser som det ikke forventes at jeg skal kunne, men alligevel tror jeg at din opgave vil være til stor hjælp, da det kan hjælpe mig med at komme op på et højere niveau.
Tænkte på om du ikke kunne give mig nogle titler på nogle af de bøger du brugte for så kan jeg måske også læse mig til meget at det du skriver, og så kan jeg nok komme med mere konkrete spørgsmål?
Svar #9
06. november 2006 af fixer (Slettet)
Det eneste jeg brugte var en bog i termodynamik. Den er refereret i rapporten. Derudover skrev jeg et program til numerisk løsning af de koblede, ulineære, andenordens sædvanlige differentialligninger, der fremkommer. Jeg brugte en metode, der hedder Runge-Kutta-Fehlberg. Jeg har vist sidenhen, da internettet for alvor fik fat i 90'erne, tilføjet nogle referencer til netlinks for at illustrere de eksisterende, mangelfulde modeller.
Vandoverfladen kan kun antages at være ortogonal på flyveretningen dersom rakettens lineære acceleration er "meget" større end tyngden. Det vil nemlig afstedkomme et effektivt tyngdefelt som med god tilnærmelse er parallelt med rakettens længdeakse. Men det er en tilnærmelse med begrænsninger, specielt når man ikke på forhånd har kendskab til rakettens acceleration på forskellige steder af banebevægelsen. Hvis du antager, at rakettens bevægelse er endimensional, d.v.s. lodret op og ned, så er det naturligvis implicit opfyldt. Men i det generelle tilfælde, hvor raketten tillades en vilkårlig startvinkel, er det noget man skal tænke over og argumentere for/imod.
Jeg er overbevist om, at når du læser rapporten, vil der dukke mange spørgsmål op. Det vigtigste er selvfølgelig ikke at blive forvirret over det, men holde fast i dit eget niveau. Jeg tror, at nogle af de refererde weblinks kan være dig til nytte. Det er netop modeller, som anvender den simple Bernoulli's ligning. Endskønt det fysisk ikke er korrekt, vil det være en helt acceptabel tilgang på gymnasieniveau. Jeg vil i grunden næsten gætte på, at din fysiklærer ikke kan komme op med en bedre. Min forhåbning er, at du med udgangspunkt i den mere komplicerede model, bliver i stand til at diskutere manglerne ved den simple.
Vandoverfladen kan kun antages at være ortogonal på flyveretningen dersom rakettens lineære acceleration er "meget" større end tyngden. Det vil nemlig afstedkomme et effektivt tyngdefelt som med god tilnærmelse er parallelt med rakettens længdeakse. Men det er en tilnærmelse med begrænsninger, specielt når man ikke på forhånd har kendskab til rakettens acceleration på forskellige steder af banebevægelsen. Hvis du antager, at rakettens bevægelse er endimensional, d.v.s. lodret op og ned, så er det naturligvis implicit opfyldt. Men i det generelle tilfælde, hvor raketten tillades en vilkårlig startvinkel, er det noget man skal tænke over og argumentere for/imod.
Jeg er overbevist om, at når du læser rapporten, vil der dukke mange spørgsmål op. Det vigtigste er selvfølgelig ikke at blive forvirret over det, men holde fast i dit eget niveau. Jeg tror, at nogle af de refererde weblinks kan være dig til nytte. Det er netop modeller, som anvender den simple Bernoulli's ligning. Endskønt det fysisk ikke er korrekt, vil det være en helt acceptabel tilgang på gymnasieniveau. Jeg vil i grunden næsten gætte på, at din fysiklærer ikke kan komme op med en bedre. Min forhåbning er, at du med udgangspunkt i den mere komplicerede model, bliver i stand til at diskutere manglerne ved den simple.
Svar #10
07. november 2006 af Johan123 (Slettet)
Du havde ret i at din opgave nok var lidt over det jeg skal med min opgave.
Jeg vil koncentrere mig om hvad der sker når man skyder en raket lodret op i luften.
Vil du kunne lave/hjælpe et exel-ark/program der simulere et lodret skud? Jeg kan ikke helt finde ud af hvordan man beregner den acceleration som rakettens kraft bidrager med rent teoretisk.
De eneste faktore jeg vil koncentrer mig om er :
Raket-kraften
Tyngdekraften
luftmodstanden
Og som sagt har jeg rimelig styr på de to første.... Håber du kan hjælpe..
Min ide er så at lave en stedfunktion, hastighedsfunktion og accelerationfunktion udfra teorien og så sammenligne med mine målinger....
Jeg vil koncentrere mig om hvad der sker når man skyder en raket lodret op i luften.
Vil du kunne lave/hjælpe et exel-ark/program der simulere et lodret skud? Jeg kan ikke helt finde ud af hvordan man beregner den acceleration som rakettens kraft bidrager med rent teoretisk.
De eneste faktore jeg vil koncentrer mig om er :
Raket-kraften
Tyngdekraften
luftmodstanden
Og som sagt har jeg rimelig styr på de to første.... Håber du kan hjælpe..
Min ide er så at lave en stedfunktion, hastighedsfunktion og accelerationfunktion udfra teorien og så sammenligne med mine målinger....
Svar #11
07. november 2006 af Johan123 (Slettet)
Du havde ret i at din opgave nok var lidt over det jeg skal med min opgave.
Jeg vil koncentrere mig om hvad der sker når man skyder en raket lodret op i luften.
Vil du kunne lave/hjælpe et exel-ark/program der simulere et lodret skud? Jeg kan ikke helt finde ud af hvordan man beregner den acceleration som rakettens kraft bidrager med rent teoretisk.
De eneste faktore jeg vil koncentrer mig om er :
Raket-kraften
Tyngdekraften
luftmodstanden
Og som sagt har jeg rimelig styr på de to første.... Håber du kan hjælpe..
Min ide er så at lave en stedfunktion, hastighedsfunktion og accelerationfunktion udfra teorien og så sammenligne med mine målinger....
Jeg vil koncentrere mig om hvad der sker når man skyder en raket lodret op i luften.
Vil du kunne lave/hjælpe et exel-ark/program der simulere et lodret skud? Jeg kan ikke helt finde ud af hvordan man beregner den acceleration som rakettens kraft bidrager med rent teoretisk.
De eneste faktore jeg vil koncentrer mig om er :
Raket-kraften
Tyngdekraften
luftmodstanden
Og som sagt har jeg rimelig styr på de to første.... Håber du kan hjælpe..
Min ide er så at lave en stedfunktion, hastighedsfunktion og accelerationfunktion udfra teorien og så sammenligne med mine målinger....
Svar #12
07. november 2006 af fixer (Slettet)
Nej, det er ikke umiddelbart muligt at medtage det effektive tyngdefelt i din model, omend jeg ikke er klar over hvad den går ud på. Men sagen er den at det effektive tyngdefelt jo skabes af rakettens bevægelse, og dermed vil den tidsafledede af rakettens hastighed (eller den dobbelt tidsafledede af stedet) skulle indgå i modellen for trykkraften. Idet jeg forestiller mig at du vil enten:
1) Måle rakettens trykkraft som funktion af tiden via en opstilling analogt til det i dit oprindelige indlæg refererede link, eller
2) Modellere rakketens trykkraft ved stationære betragter via Bernoulli's lov på et strømrør,
ja så er det ikke muligt at få denne tilbagekobling med. I (1) måles der på raketten medens den står stille, og derfor kan man ikke sige noget om hvad accelerationen ville have været, for det ville have ændret trykkraften hvis raketten havde bevæget sig. I (2) abstraheres fuldstændigt bort fra at bevægelsen i virkeligheden refereres til et ikke-inertialsystem.
Hvis effekten skal medtages er der ikke andet for at gå ombord i koblede differentialligninger og så tror jeg ærligt talt Excel takker af.
Det skal du ikke fortvivle over. Det er stadig en valid kommentar i din rapport, at din model _ikke_ tager højde for dette forhold. Og præcisionen af din model vil ikke lide synderligt derved, for der er mange andre faktorer der spiller ind. Jeg nævner i flæng:
a) Der tages ikke højde for kondensering af vanddampe under tømningen.
b) Vandflowet er kraftigt simplificeret.
c) Luftmodstandskoefficienten og dens hastighedsafhængighed er ikke kendt.
d) Kan du stole på dine trykmanometre, d.v.s. hvad ER trykket i raketten i virkeligheden.
e) Din raket vil sandsynligvis være ustabil og derfor følge en lettere uventet bane.
f) Hvor stor tillid har du til dine metoder til højdebestemmelse - den vil du vel sammenligne med dine modelforudsigelser.
Hvad vil du gøre med luftmodstanden? Vil du måle den som funktion af strømningshastigheden? Jeg har en ide til hvordan det kan gøres enkelt, men fortæl hvad dine intentioner er.
1) Måle rakettens trykkraft som funktion af tiden via en opstilling analogt til det i dit oprindelige indlæg refererede link, eller
2) Modellere rakketens trykkraft ved stationære betragter via Bernoulli's lov på et strømrør,
ja så er det ikke muligt at få denne tilbagekobling med. I (1) måles der på raketten medens den står stille, og derfor kan man ikke sige noget om hvad accelerationen ville have været, for det ville have ændret trykkraften hvis raketten havde bevæget sig. I (2) abstraheres fuldstændigt bort fra at bevægelsen i virkeligheden refereres til et ikke-inertialsystem.
Hvis effekten skal medtages er der ikke andet for at gå ombord i koblede differentialligninger og så tror jeg ærligt talt Excel takker af.
Det skal du ikke fortvivle over. Det er stadig en valid kommentar i din rapport, at din model _ikke_ tager højde for dette forhold. Og præcisionen af din model vil ikke lide synderligt derved, for der er mange andre faktorer der spiller ind. Jeg nævner i flæng:
a) Der tages ikke højde for kondensering af vanddampe under tømningen.
b) Vandflowet er kraftigt simplificeret.
c) Luftmodstandskoefficienten og dens hastighedsafhængighed er ikke kendt.
d) Kan du stole på dine trykmanometre, d.v.s. hvad ER trykket i raketten i virkeligheden.
e) Din raket vil sandsynligvis være ustabil og derfor følge en lettere uventet bane.
f) Hvor stor tillid har du til dine metoder til højdebestemmelse - den vil du vel sammenligne med dine modelforudsigelser.
Hvad vil du gøre med luftmodstanden? Vil du måle den som funktion af strømningshastigheden? Jeg har en ide til hvordan det kan gøres enkelt, men fortæl hvad dine intentioner er.
Svar #13
07. november 2006 af Johan123 (Slettet)
Er der en meget stor fejlusikker ved at sammenligne "rakettens trykkraft som funktion af tiden" med "modellering af rakketens trykkraft via Bernoulli's lov på et strømrør"?
Kan du ikke hjælpe mig med en modellering af Bernoulli's lov.... Kan ikke helt finde ud af den.
Hvis der er så stor usikkerhed mellem dem kan man se ikke moddelere kraften på en anden måde for at se om målingerne man har fortaget ved den referede opstilling?
Mht. luftmodstanden havde jeg tænkt mig at kigge på stedfunktionen. Når alt vandet er skudt ud er de eneste krafter der påvirker den tyngdekraften (som er kendt) og den anden er så luftmodstanden. Så ved hjælp af nogle graf-fit må man kunne finde luftmodstanden.
Hvad var din ide?
Kan du ikke hjælpe mig med en modellering af Bernoulli's lov.... Kan ikke helt finde ud af den.
Hvis der er så stor usikkerhed mellem dem kan man se ikke moddelere kraften på en anden måde for at se om målingerne man har fortaget ved den referede opstilling?
Mht. luftmodstanden havde jeg tænkt mig at kigge på stedfunktionen. Når alt vandet er skudt ud er de eneste krafter der påvirker den tyngdekraften (som er kendt) og den anden er så luftmodstanden. Så ved hjælp af nogle graf-fit må man kunne finde luftmodstanden.
Hvad var din ide?
Svar #14
08. november 2006 af fixer (Slettet)
Du skal gøre dig klart hvad du vil. Vil du lave en simpel fysisk model og dernæst sammenligne eksperimentelle data dermed. Eller vil du udelukkende foretage nogle eksperimenter og udfra dem uddrage information såsom forventet flyvehøjde. Sidstnævnte er rent håndværk, førstnævnte er der mere kød på.
I det første tilfælde kan du finde standardmetoden for hvordan folk har grebet det an på nettet. Jeg vil ikke gå det igennem da jeg som nævnt har mange indvendinger mod den. Se til eksempel:
http://www.ent.ohiou.edu/~et181/rocket/analysis1.html
Her kunne du bruge dit regneark til udfra denne model at forudsige hvorledes trykkraften varierer med tiden som funktion af starttryk, vandmængde, dyseåbning eller hvad du nu kan finde på.
Dernæst kunne du lave et eksperiment til udmåling af luftmodstanden som funktion af strømningshastigheden. Udfra disse to målesæt kan du lave et regneark som forudsiger rakettens stigehøjde ved lodret start som funktion af vandmængde og starttryk.
Disse forudsigelser kunne du dernæst sammenligne med de videoudmålinger du var inde på. Slutteligt vil det være oplagt at diskutere dine antagelser i modellen og dine fejlkilder i eksperimenterne.
Luftmodstanden kan måles ved hjælp af en blæser, et pitotrør (lufthastighedsmåler), et stativ og en elektronisk kraftmåler forbundet med en PC med passende logging software.
Blæseren monteres vandret så den blæser luft lodret op. Henover blæseren skal der være et gitter til at hjælpe med at bryde luftens roterende bevægelse.
Et stykke over blæseren ophænges din raket i kraftmåleren fra et stativ. Raketten skal være tilstrækkeligt langt fra blæseren til at strømningen er blevet tilnærmelsesvist laminar. Luftstrømmens hastighed måles med pitotrøret.
Kraften på rakketten måles dernæst for forskellige lufthastigheder. Luftmodstanden findes ved at kompensere for den konstante tyngde der jo vil indgå i alle målesæt.
Selve eksperimentet kan sagtens gå galt; for eksempel vil rakketen sandsynligvis begynde at svinge i luftstrømmen. Eventuelt kan man lukke den inde i et rør, men det vil selvfølgelig virke tilbage på luftstrømmen.
Uanset hvad du beslutter dig for, vil jeg gerne se dine eksperimentelle resultater.
I det første tilfælde kan du finde standardmetoden for hvordan folk har grebet det an på nettet. Jeg vil ikke gå det igennem da jeg som nævnt har mange indvendinger mod den. Se til eksempel:
http://www.ent.ohiou.edu/~et181/rocket/analysis1.html
Her kunne du bruge dit regneark til udfra denne model at forudsige hvorledes trykkraften varierer med tiden som funktion af starttryk, vandmængde, dyseåbning eller hvad du nu kan finde på.
Dernæst kunne du lave et eksperiment til udmåling af luftmodstanden som funktion af strømningshastigheden. Udfra disse to målesæt kan du lave et regneark som forudsiger rakettens stigehøjde ved lodret start som funktion af vandmængde og starttryk.
Disse forudsigelser kunne du dernæst sammenligne med de videoudmålinger du var inde på. Slutteligt vil det være oplagt at diskutere dine antagelser i modellen og dine fejlkilder i eksperimenterne.
Luftmodstanden kan måles ved hjælp af en blæser, et pitotrør (lufthastighedsmåler), et stativ og en elektronisk kraftmåler forbundet med en PC med passende logging software.
Blæseren monteres vandret så den blæser luft lodret op. Henover blæseren skal der være et gitter til at hjælpe med at bryde luftens roterende bevægelse.
Et stykke over blæseren ophænges din raket i kraftmåleren fra et stativ. Raketten skal være tilstrækkeligt langt fra blæseren til at strømningen er blevet tilnærmelsesvist laminar. Luftstrømmens hastighed måles med pitotrøret.
Kraften på rakketten måles dernæst for forskellige lufthastigheder. Luftmodstanden findes ved at kompensere for den konstante tyngde der jo vil indgå i alle målesæt.
Selve eksperimentet kan sagtens gå galt; for eksempel vil rakketen sandsynligvis begynde at svinge i luftstrømmen. Eventuelt kan man lukke den inde i et rør, men det vil selvfølgelig virke tilbage på luftstrømmen.
Uanset hvad du beslutter dig for, vil jeg gerne se dine eksperimentelle resultater.
Svar #15
08. november 2006 af fixer (Slettet)
Jeg fandt faktisk en beskrivelse af det simple eksperiment, jeg havde i tankerne:
www.seeds2learn.com/WaterRocketLab.pdf
www.seeds2learn.com/WaterRocketLab.pdf
Svar #16
08. november 2006 af Johan123 (Slettet)
Super link du fandt der... Så kan jeg få styr på luftmodstanden nu.
Du snakker meget om at dette selvfølgelig er den simple model. Men tror du ikke den er god nok til at beskrive en rigtigt opsendelse? Jeg har faktisk ikke helt forstået det med hvorfor at Bernoulli's lov ikke er god nok, hvad betyder det der tilbagekobling helt præcist?
Jeg har gjort mig klart hvad jeg vil. Først vil jeg få styr på denne simple model, som jeg så vil sammenligne med den rigtige opsendelse. Og derpå vil jeg komme ind på nogle af de fejlkilder du også er inde på og som den simple model IKKE beskriver.
Du snakker meget om at dette selvfølgelig er den simple model. Men tror du ikke den er god nok til at beskrive en rigtigt opsendelse? Jeg har faktisk ikke helt forstået det med hvorfor at Bernoulli's lov ikke er god nok, hvad betyder det der tilbagekobling helt præcist?
Jeg har gjort mig klart hvad jeg vil. Først vil jeg få styr på denne simple model, som jeg så vil sammenligne med den rigtige opsendelse. Og derpå vil jeg komme ind på nogle af de fejlkilder du også er inde på og som den simple model IKKE beskriver.
Svar #17
08. november 2006 af fixer (Slettet)
Jeg ved at Bernoulli ikke er god nok til at modellere de faktiske forhold; men jeg mener til gengæld også at den er god nok med den baggrund du har. Som omtalt, om som du har forstået, giver den om ikke andet rig lejlighed til at kommentere da forhold, den ikke tager højde for.
Årsagen til at Bernoulli's lov ikke er heldig er at den forudsætter at strømningen er stationær (d.v.s. uforanderlig i tid), inkompressibel (d.v.s. fluidet er usammentrykkeligt), laminar (d.v.s. ikke turbulent), irrotationel (d.v.s. ingen hvirveldannelse), inviskos (d.v.s. væsken er ufysisk idealiseret), ikke underkastet termiske effekter (d.v.s. varmetransport) og finder sted i et uniformt (d.v.s. ensartet, konstant) tyngdefelt.
Af disse er antagelsen om inkompressibilitet den eneste i praksis rimelige. Vand er i de fleste praktiske henseender at regne som inkompressibelt.
Du vil se at min betydeligt mere komplicerede, men dog alligevel simplificerede model, bortkaster antagelserne om stationært flow og uniformt tyngdefelt.
Med hensyn til tilbagekoblingen kan de illustreres meget simpelt. Forestil dig en dåse med hul i bunden fyldt med vand. I stationær tilstand vil vandet vil løbe ud under indvirkning af tyngdekraften. Hvis dåsen accelereres vil vandet opleve et forandret tyngdefelt og vandet vil løbe ud under indvirkning af det effektive tyngdefelt.
For rakettens vedkommende vil vandet i den befinde sig i et instationært effektivt tyngdefelt - det ændrer jo hele tiden størrelse (og retning i det generelle tilfælde i min model).
Årsagen til at Bernoulli's lov ikke er heldig er at den forudsætter at strømningen er stationær (d.v.s. uforanderlig i tid), inkompressibel (d.v.s. fluidet er usammentrykkeligt), laminar (d.v.s. ikke turbulent), irrotationel (d.v.s. ingen hvirveldannelse), inviskos (d.v.s. væsken er ufysisk idealiseret), ikke underkastet termiske effekter (d.v.s. varmetransport) og finder sted i et uniformt (d.v.s. ensartet, konstant) tyngdefelt.
Af disse er antagelsen om inkompressibilitet den eneste i praksis rimelige. Vand er i de fleste praktiske henseender at regne som inkompressibelt.
Du vil se at min betydeligt mere komplicerede, men dog alligevel simplificerede model, bortkaster antagelserne om stationært flow og uniformt tyngdefelt.
Med hensyn til tilbagekoblingen kan de illustreres meget simpelt. Forestil dig en dåse med hul i bunden fyldt med vand. I stationær tilstand vil vandet vil løbe ud under indvirkning af tyngdekraften. Hvis dåsen accelereres vil vandet opleve et forandret tyngdefelt og vandet vil løbe ud under indvirkning af det effektive tyngdefelt.
For rakettens vedkommende vil vandet i den befinde sig i et instationært effektivt tyngdefelt - det ændrer jo hele tiden størrelse (og retning i det generelle tilfælde i min model).
Skriv et svar til: SSO - raketfysik
Du skal være logget ind, for at skrive et svar til dette spørgsmål. Klik her for at logge ind.
Har du ikke en bruger på Studieportalen.dk?
Klik her for at oprette en bruger.