Joomla Free Template by FatCow Hosting

CD Ballon hovercraft op plafond

Hoofdcategorie: experiments Categorie: Stroming Gepubliceerd: woensdag 13 mei 2015

Gebruikerswaardering: 5 / 5

Ster actiefSter actiefSter actiefSter actiefSter actief
 

Niveau

:

Mavo 2/3/4, Havo 2/3, VWO 2/3

Doel

:

leuke demonstratie

Nodig

:

  • 1x CD-ballon hovercraft

Links

:

Deze simpele hovercraft kun je zelf maken met behulp van een CD, een ballon, een stukje pvc-pijp en wat lijm.

De ballon blaast lucht onder de CD waardoor CD contactloos boven de tafel gaat "hoveren". Maar, en dit valt minder op, als je probeert om de hoverende CD-balloon op te tillen, voel je duidelijk dat hij "kleeft" aan de tafel. dat bracht mij op het idee om de CD-balloon maar eens op zijn kop uit te proberen. En dat werkt ook!!! 

 

CD-Balloon-hovercraft upside down

\

Waarom valt de CD-hovercraft niet naar beneden?

Op mijn youtube-kanaal Physicsexperiments.org werd mij door een Zwitserse collega gevraagd: "nice and impressive. Did you have to make some kind of adjustment to get the "adhesion"?"

Oftewel: hoe blijft die CD 'kleven' aan het plafond, wat heb je daarvoor gebruikt?

Het antwoord op die vraag is: ik gebruikte niets buiten mijn CD-hoverkraft (PVC-pijpje verlijmt op CD + ballon) en wat lucht.

Bernoulli leerde ons dat als je lucht sneller laat stromen, de druk van die lucht daalt. Ter plaatse van het pijpje zal de druk hoger zijn dan de omgevingsdruk.

  • In de ballon is de luchtdruk hoger dan omgevingsdruk. Onder het pijpje zal op een relatief klein oppervlak een druk ontstaan die een neerwaartse kracht oplevert die de CD van het plafond afdrukt.
  • Maar, eenmaal tussen CD en plafond, krijgt de lucht een hoge snelheid. En dat verlaagt de druk dusdanig dat de druk tussen CD en plafond lager is dan de omgevingsdruk. Door dat drukverschil ontstaat een opwaartse kracht over een relatief groot oppervlak.
  • En kennelijk wint de opwaartse kracht het van de neerwaartse kracht. Althans, tot de ballon leeg is.

 

Praktische toepassing van dit principe: de "Bernoulli gripper" van Festo (Duits bedrijf actief op het gebied van pneumatiek)

Terwijl ik hier een poging doe om mijn CD-balloon te supersizen, vind ik op het internet dat Festo al geruime tijd werkt met deze techniek. Helaas, wat ik hier zelf heb verzonnen, is niet nieuw, ik ben niet de eerste hiermee. Voordeel: nu kan ik bij Festo kijken hoe zij hun "grippers" maken. "Grippers, zo noemt Festo hun zuignappen en nu ook hun bernoulli-grippers. Dat je met een zuignap een voorwerp kunt oppakken, is bepaald niet nieuw. Maar zuignappen maken contact met het object. En dat is niet altijd wenselijk. De Bernoulli-gripper blaast lucht uit, maakt daardoor geen contact met het object en is daarom uniek als "gripper". Google afbeeldingen van Bernoulli grippers.

 

CD-Balloon-hovercraft upside down SUPERSIZED

In mijn fantasie zag ik voor me een supersized CD-balloon-hovercraft die het gewicht van een persoon kan dragen en waarmee je zittend op op een schommelstoel hangend aan de hovercraft langs een glad plafond kunt schuiven.

CD balloon hovercraft

hovercraft

CD-balloon-hovercraft upside-down supersizing... poging 1

Ik heb een poging gedaan mijn CD-balloon-hovercraft te supersizen. Mijn poging mislukte. De gekozen ventilator met metalen behuizing was vrij zwaar. De hardboard schijf was ook niet superlicht, maar het gewicht van het snoer telde niet mee. Deze hovercraft kwam niet eens los van de tafel. Dus laat staan dat ik het zag zitten om een poging hangend te doen. Naar mijn idee lag het niet zozeer aan het gewicht, maar aan de druk die deze ventilator kan opbrengen. Zo'n ventilator KAN veel lucht verplaatsen. Maar bij enige tegendruk reduceert de opbrengst heel snel. 

 

CD-balloon-hovercraft upside-down supersizing... poging 2

Het wordt dus tijd voor een poging 2. Ik denk dat ik het ga proberen met onze omgekeerde stofzuiger / blazer! Denk mee en laat wat commentaar achter als je dit leest.

hovercraft2

De vraag bij poging 2 was: ga ik tenminste 'iets' merken van aantrekingskracht? Want als je mijn video met de upside-down CD-balloon-hovercraft hebt gezien, weet je dat de schijf zich kan gaan vastzuigen aan de bodem of aan het plafond.

En het antwoord is ja! Als ik met twee vingers (voor meer gevoeligheid) de blazende stofzuigerslang omhoog trek, bespeur ik dat die "Bernoulli-aantrekkingskracht" er is. De kracht omlaag is voelbaar groter dan de eigen zwaartekracht. Maar het is nog steeds een kleine kracht van naar schatting minder dan 1 Newton.

Als ik dit wil supersizen, wat moet ik dan doen met de grootte van de instroomopening. Op de afbeelding links gebruik ik een trechter. Wat is het effect van die trechter?

CD balloon hovercraft 2

De rode pijlen laten zien wat ik vermoed: de druk in de trechter geeft een kracht die juist averrechts werkt en mijn Bernoulli-aantrekkingskracht deels ongedaan maakt.

Het oppervlak van de instroomopening dient dus zo klein mogelijk te blijven. Maar tegelijk heb je juist een groot gat nodig om zoveel mogelijk lucht door die opening blazen.

 

CD-balloon-hovercraft upside-down supersizing... poging 3 (mislukt)

Bernoulli gripper 2Bernoulli gripper 1

Poging 3 beschouw ik als een mislukking. op de foto's zie je een stuk plat piepschuim, uitgeknipt in de vorm van een ring van ongeveer 33cm doorsnede buiten en 25 cm binnen. De ruimte tussen schijf en plafond is niet vlak zoals bij de CD-balloon, maar licht trechtervormig. Ik hoopte met deze vorm op een optimaler effect, maar het effect lijkt eerder slechter. Deze hovercraft toonde nauwelijks draagkracht. Ook als ik zelf het gewicht van de blazer draag! Ik krijg de indruk dat de schijf toch vlak moet zijn.

Als blazer gebruik ik een blazer waarmee je luchtkussens, zwembadjes en rubberen bootjes kunt opblazen

 

CD-balloon-hovercraft upside-down supersizing... poging 3 (Nog niet echt gebouwd!!!)

 Kleine inblaasopening, veel lucht... compressor.

 

Oppervlakte van de schijf:

Om mijn "CD-balloon-hovercraft upside down" te supersizen, wil ik het liefst gebruik maken van een grote schijf. F = p x A, dus hoe meer oppervlak, hoe meer draagkracht. Echter: hoe groter de afstand tot het middelpunt van de schijf, hoe lager de snelheid van de lucht, hoe minder de draagkracht.

Tegelijk: hoe groter de schijf, hoe zwaarder de schijf. Hierin zit ergens een omslagpunt. Als je de diameter groter maakt dan het omslagpunt, wordt de zwaartekracht van de schijf groter dan de "Bernoullikracht". Maar... waar ligt dat omslagpunt? Hoe bepaal ik dat omslagpunt? Een theoreticus zou een wiskundig model maken en op basis daarvan voorspellen waar het omslagpunt ligt. Maar ik ben een doener. Trail and error. By the way: "Bernoullikracht" is een woord dat ik zelf heb verzonnen. Er bestaat geen "Bernoullikracht".

 

Vorm van de schijf:

Plotseling realiseer ik me dat mijn gedachten vastgeroest zijn. De CD vormde mijn startpunt. En omdat die toevallig rond was, bleef ik maar oplossingen bedenken met ronde vormen. Maar, na een helder moment van "Out of the box - denken" ... langwerpig kan natuurlijk ook! Een langwerpige plaat met een langwerpige sleufvormige opening waardoor je probleemloos heel veel lucht naar binnen kunt blazen.

CD balloon hovercraft 3

 

Rekenkundig is de langwerpige vorm ook veel gemakkelijker!

Bovendien vraag ik me af of een vlakke vorm wel de ideale vorm is. Wellicht is een vorm die iets schuin verloopt beter... Aan de rechtse kant van de langwerpige schijf zie twee doorsnedes die mijn gedachten weergeven. In de eerste instantie dacht ik aan de linkervorm, maar nu ik eenmaal bewust out-of-the-box aan het denken ben, teken ik ook maar vast de rechter variant er bij. Maar eerlijk gezegd: nu de plaat langwerpig is, lijkt me een vlakke plaat toch het beste. de luchtsnelheid onder de plaat zal (in tegenstelling tot de ronde schijf) overal redelijk gelijk zijn.

 

Uiteindelijk ben ik toch maar wat gaan rekenen. De uiteindelijke spleetdikte weet ik nu nog niet. Daarom heb ik gerekend met verschillende spleetdiktes.

excel

 

Mocht jij het leuk vinden om bijvoorbeeld een profielwerkstuk te maken met rondom de "upside-down CD-ballon hovercraft", maak dan kleine stapjes!!! Probeer eerst maar eens hoe je de draagkracht kunt verhogen.

  • lichtere materialen
  • gunstigere ballon
  • andere vorm van CD
  • ietwat grotere schijf
  • variatie van de grootte van het gat in de CD
  • neem een ander uitgangspunt voor je PWS: bijvoorbeeld "hoeveel draagkracht heeft de "upside-down CD-ballon hovercraft"

Als je denkt dat je meteen grote stappen kunt maken, door een enorme schijf te nemen in combinatie met een grote blazer, dan acht ik de kans dat het eindresultaat van je PWS upside-down over het plafond kan hoveren, heel klein.


Hits: 4267

Doel

Physicsexperiments.org wil docenten, TOA's en leerlingen natuurkunde inspireren. Physicsexperiments.org is een verzameling Natuur­kunde Experimenten. Elk experiment, simpel of gecompliceerd, verdient aandacht.

Vind je mijn initiatief positief en heb je een suggesties? Graag!!! Ik sta altijd open voor nieuwe ideeën, voor verbeteringen en aanvullingen.

Je collega-TOA Lennart

 

VERANTWOORDING/DISCLAIMER:

Het is altijd uw eigen verantwoordelijkheid om veilig te werken en om risico's in te schatten. De maker van physicsexperiments kan niet aansprakelijk worden gesteld voor fouten op de website die kunnen leiden tot ongelukken.