Natuurkunde: Water achter een sluis

[Verwijderd]

Ik was eens aan het denken over druk dat water uitoefent op een sluisdeur. Het gaat dan om het water dat 'boven'het andere water zit.

waterpeil boven......|------------- << Dit water... De hoeveelheid die hierachter zit
-------------------|

Maakt het uit hoeveel water er achter de sluisdeuren zit als je kijkt naar de druk die onder op de deur wordt uitgeoefend? Stel dat je een kraantje onder aan de deur zou maken, en de snelheid van dat water als mate van druk zien, zou het dan sneller gaan stromen als je er veel meer water achter zet? !! (Let op het gaat om de lengte van het water achter de sluis, de HOOGTE moet gelijk blijven) !!

Je zou denken dat als je er de hele Noordzee achter zou plaatsen, dat het dan harder ging stromen dan als je er een paar emmers water achter zou zetten Of toch niet?

[Jesse]

Neu alleen de hoogte maakt iets uit.

* Jesse moet even nadenken, ik heb het wel gehad bij energietechniek, daar maakte het niet uit. (Ging over een stuwdam, maar in de formule zat alleen de hoogte. Dat ging over de uitstroomsnelheid van het gat onderin de stuwdam.)

[bolleh]

Op donderdag 11 juli 2002 12:53 schreef Phoenix het volgende:
Je zou denken dat als je er de hele Noordzee achter zou plaatsen, dat het dan harder ging stromen dan als je er een paar emmers water achter zou zetten Of toch niet?

volgens mij in beperkte mate, want er kan immers maar een max hoeveelheid per sec door dat gaatje. kijk eens naar een pak appelsap bv, maar een klein gaatje aan de bovenkant, hou em steeds schuiner en zie dat het straaltje sterker wordt, echter na een tijdje blijft ie even sterk want dan zit ie aan zn max. ligt aan de hoeveelheid druk erachter maar die "schaalbaarheid" is denk ik niet oneindig

[Verwijderd]

Het antwoord is nee. Het maakt niet uit hoe 'breed' of 'lang' het water is. De bepalende factor is het hoogteverschil.

[Jesse]

Hier:
1/2*(rho)*V1^2 + (rho)*g*H1 + P1 = 1/2*(rho)*V2^2 + (rho)*g*H2 + P2
(rho)*g*h + P1 = P2
Dat wegstrepen gaat dus op voor een stuwmeertje met een gesloten uitstroomopening.
Het hoogteverschil tussen de waterspiegel en de opening is 10 meter.
g=9.81
We hebben de hoogte van het uitstroomgat op nul gestelt.
(rho)=1000
1,013*10^5 is P(atmosfeer) in Pascal
1000*9.81*10 + 1,013*10^5 = P2
P2 = 1.994*10^5 = 2 bar.

Dit had je ook uit je bolle hoofd kunnen bedenken. Het is nl 1 bar + 10 meter waterdruk. We zien hier dat de hoeveelheid water er dus niet toe doet. En dat wilde je toch weten. Als je getallen bij je voorbeeld bedenkt kan ik je die ook nog voorrekenen. Dit is met HAVO natuurkunde eenvoudig te doen.

[Mx. Alba]

Op donderdag 11 juli 2002 13:19 schreef Jesse het volgende:
Hier:
1/2*(rho)*V1^2 + (rho)*g*H1 + P1 = 1/2*(rho)*V2^2 + (rho)*g*H2 + P2
(rho)*g*h + P1 = P2
Dat wegstrepen gaat dus op voor een stuwmeertje met een gesloten uitstroomopening.
Het hoogteverschil tussen de waterspiegel en de opening is 10 meter.
g=9.81
We hebben de hoogte van het uitstroomgat op nul gestelt.
(rho)=1000
1,013*10^5 is P(atmosfeer) in Pascal
1000*9.81*10 + 1,013*10^5 = P2
P2 = 1.994*10^5 = 2 bar.

Dit had je ook uit je bolle hoofd kunnen bedenken. Het is nl 1 bar + 10 meter waterdruk. We zien hier dat de hoeveelheid water er dus niet toe doet. En dat wilde je toch weten. Als je getallen bij je voorbeeld bedenkt kan ik je die ook nog voorrekenen. Dit is met HAVO natuurkunde eenvoudig te doen.

Afgezien van het feit dat je posting nogal snobberig overkomt (kweet niet hoor, kan aan mij liggen, maar ik krijg iig wel die indruk) is het wel correct.

Alleen het hoogteverschil tussen de twee wateroppervlakken maakt uit, of dat hoogteverschil nou veroorzaakt wordt door twee liter water of door de hele Noordzee. Dat lijkt enigzins tegennatuurlijk, maar dat is het niet. Immers, als je die kraan openzet, zullen ze in het begin beide even hard stromen. Maar twee liter is veeeeeel eerder op dan de hele Noordzee. Het Noordzee-kraantje zal dus een vrijwel constante druk van (in het geval van 10m hoogteverschil) 2 bar door blijven stromen, terwijl de druk achter het twee-liter-kraantje heel snel afneemt.

[Jesse]

Op donderdag 11 juli 2002 14:29 schreef Reyn Eaglestorm het volgende:

[..]

Afgezien van het feit dat je posting nogal snobberig overkomt (kweet niet hoor, kan aan mij liggen, maar ik krijg iig wel die indruk) is het wel correct.

*knip*

Ow sorry. Ik heb het min of meer overgetypt uit mijn aantekeningen van energietechniek.

[Verwijderd]

Dan lijkt het erop dat mijn vraag volledig beantwoord is.

[Verwijderd]

voor de resultante druk op de deur maakt het inderdaad niet uit. Wel voor het aangrijpingspunt van de resultante kracht t.g.v. de druk en hiermee dus de krachten op de scharnieren etc.

[Verwijderd]

Op donderdag 11 juli 2002 18:57 schreef basr het volgende:
voor de resultante druk op de deur maakt het inderdaad niet uit. Wel voor het aangrijpingspunt van de resultante kracht t.g.v. de druk en hiermee dus de krachten op de scharnieren etc.

Hoezo dan.

De druk verandert toch niet als er een zee achter zit, of er een kanaal erachter zit. De druk wordt toch alleen bepaald door het verschil in de waterhoogte .

[Codex|A2]

Op donderdag 11 juli 2002 18:57 schreef basr het volgende:
voor de resultante druk op de deur maakt het inderdaad niet uit. Wel voor het aangrijpingspunt van de resultante kracht t.g.v. de druk en hiermee dus de krachten op de scharnieren etc.

Das dus echt onzin...
De druk wordt over het oppervlak van de deur verdeeld; de deur geeft die drukkracht wel door naar scharnieren, maar das dus alleen drukkracht (die ALLEEN afhankelijk is van de hoogte).

[Verwijderd]

teken het maar ff uit

[Jesse]

Op maandag 15 juli 2002 18:06 schreef basr het volgende:
teken het maar ff uit

Jij wilt ons iets duidelijk maken.

[Verwijderd]

helemaal gelijk,... heb de vraag nog eens gelezen en de eerste keer totaal vergeten. Dacht dat het puur ging over de hoogt. Dus aan de ene kant 1 meter water en aan de andere kant 2 meter vergeleken met aan de ene kant 2 meter water en aan de andere kant 3 meter. Bij elke keer dus 1 meter verschil. Heb me niet gerealiseerd dat het over een de lengte van het water ging. Dus nu sluit ik me bij de rest aan,.... de lengte van het water heeft inderdaad geen invloed op de druk op de deuren.

[Jesse]

Waterlengte?

[eamelink]

Op maandag 15 juli 2002 20:03 schreef Jesse het volgende:
Waterlengte?

Waterlengte : De ~ (v); Lengte van een met water gevulde ruimte.

[Jesse]

Op dinsdag 16 juli 2002 20:54 schreef eamelink het volgende:
[..]
Waterlengte : De ~ (v); Lengte van een met water gevulde ruimte.

A, ik dacht later nog aan de lengte van een boot bij de waterlijn gemeten, maar dit kan dus ook nog

edit: Ik zie in ene iets in je sig staan Waar blijft ie?

[Ruben314199]

Op donderdag 11 juli 2002 18:57 schreef basr het volgende:
voor de resultante druk op de deur maakt het inderdaad niet uit. Wel voor het aangrijpingspunt van de resultante kracht t.g.v. de druk en hiermee dus de krachten op de scharnieren etc.

---

Das dus echt onzin...
De druk wordt over het oppervlak van de deur verdeeld; de deur geeft die drukkracht wel door naar scharnieren, maar das dus alleen drukkracht (die ALLEEN afhankelijk is van de hoogte).

Dat is dus niet zo. En dit is waarom:

dit is waarom:
====================
De waterdruk op een willekeurig punt in een willekeurige richting is recht evenredig met de hoogte van de waterkolom boven dat punt (de afstand tot het wateroppervlakte dus).

De grootte van de kracht is al (correct) uitgelegd.
Het aangrijpingspunt van de kracht bevindt zich op 2/3 van de diepte gezien vanaf het wateroppervlakte (1e orde moment, zwaartepunt van een driehoek).

De kracht die op de deur uitgeoefend wordt bestaat dus uit een Kracht en een Moment. Het moment heeft de groote van het verschil tussen de twee krachten maal de afstand tussen de aangrijppunten. We hebben al gezien dat het verschil afhankelijk is van het verschil in waterhoogte aan de twee kanten. De afstand tussen de aangrijppunten van de krachten is:

((2/3) * h1) - ((2/3) * h2) = (2/3) * (h1-h2) = 2/3 * verschil in waterhoogte.
Voor het moment op de deur maakt het dus ook niet uit.

sub-conclusies:
- moment op deur is alleen afhankelijk van verschil waterhoogte
- kracht op deur is alleen afhankelijk van verschil waterhoogte


Als we echter naar de gehele situatie kijken (we houden het statisch) waarbij ik er van uitga dat er twee scharnieren zijn (anders krijgen we een statisch onbepaald probleem en moeten we de buiging van de deuren e.d. gaan berekenen. En dat wil je echt niet ) is de waterhoogte wel degelijk van belang. Deze bepaalt namelijk op welke plek op de deur de resulterende kracht uitgeoefend wordt. Geen formules voor nodig. Denk maar ff gewoon logisch na. Beide kanten laag water -> drukkingspunt laag, beide kanten hoog(er) water -> drukkingspunt hoog(er).

sub-conclusies (2):
- aangrijpingspunt van de resulterende kracht is afhankelijk van de beide waterhoogtes.
- aangrijpingspunt van het moment is afhankelijk van de beide waterhoogtes.

Combineren sub-conclusies 1 en 2 leidt tot het volgende:

Je kunt het gewoon zien als tegen een deur (met twee scharnieren) aan trappen. Als je laag trapt sloop je het onderste scharnier, als je hoog trapt (goed oefenen) het bovenste. Probeer maar eens, je zult zien dat het klopt.
Voor het moment geldt min of meer hetzelfde.

conclusie:
De kracht op de scharnieren is wel degelijk afhankelijk van de absolute grootte van de waterhoogtes aan beide kanten van de sluisdeur.


Hoop dat er iemand is dit deze (beroerde) uitleg snapt

(Ik ben er voor het gemak even van uitgegaan dat de dichtheid van het water (zout = 1.025 ton/m^3 zout = 1.000 ton/m^3) aan beide zijden van de deur gelijk is).

[Codex|A2]

Op donderdag 18 juli 2002 12:59 schreef Ruben314 het volgende:

[..]

Dat is dus niet zo. En dit is waarom:

*knip*

Als je de aanvankelijke vraag goed gelezen had had je je een RSI-armpje kunnen besparen . Het ging nl. over de lengte van het water achter de sluisdeur, niet over de hoogte.

Wat jouw uitleg (van een ander probleem) betreft: helemaal mee eens (ik studeer niet voor niets Marine Engineering...).

[Gideon]

Op donderdag 18 juli 2002 12:59 schreef Ruben314 het volgende:

[..]

Je kunt het gewoon zien als tegen een deur (met twee scharnieren) aan trappen. Als je laag trapt sloop je het onderste scharnier, als je hoog trapt (goed oefenen) het bovenste. Probeer maar eens, je zult zien dat het klopt.

Als je je voeten wilt breken, moet je dat vooral doen.

Maar op zich wel leuk, al die berekeningen. Alleen houdt niemand rekening met het feit dat krachten op de deur dus niet via 'de scharnieren' naar het vasteland worden afgevoerd, maar via 'het kozijn' (ervan uitgaande dat hier gesproken wordt over houten of stalen puntdeuren).

* Gideon trekt z'n ouwe duikers en sluizen-boek uit de kast

(Jammergenoeg mis ik de mogelijkheid tot het plaatsen van een goede illustratie, dus ik hoop dat de uitleg een beetje duidelijk is ).

Een sluisdeur heeft 'slechts' een bovendraaipunt (de hals die draait in een halsbeugel) en een onderdraaipunt (de taatskom die draait om een taats). Deze 'scharnierpunten' zijn slechts van belang voor het draaien van de deur voor en na het schutten van de sluis. Zodra de sluisdeuren gesloten zijn, functioneert de hele deurconstructie als een soort terugslagklep die het water slechts aan één zijde kan tegenhouden.

Aan de onderzijde drukt een sluisdeur middels een aanslaglijst, voor op de onderstijl van de deur, tegen een slagdrempel in de bodem van de sluiskolk. De achterhar (achterstijl) van de deur heeft voor op de deur ook een aanslaglijst die als krachtoverbrenger z'n druk uitoefent op een slagstijl in de wand van de sluiskolk. Zowel de slagdrempel als de slagstijl kun je zien als het kozijn van een deur. De scharnieren van de deur hebben enkel de deur zelf te dragen (het is begrijpelijk dat de deur daarom slechts 1 kant op kan draaien).
Krachten die in horizontale richting op de deur worden uitgeoefend, worden nu opgevangen door 'het kozijn' (de slagdrempel en de slagstijl).

Bovendien worden de scharnierpunten niet precies in het midden van de achterhar gepositioneerd, maar net ernaast. De achterhar is dan, evenals een gedeelte van de slagstijl in de wand van de sluiskolk - exact in het verlengde van de sluisdeur in gesloten positie, ook afgerond (beide met dezelfde straal). Bij het sluiten van de deur wordt dan, ten gevolge van een niet-gecentreerd draaipunt, ervoor gezorgd dat de afgeronde achterstijl naadloos aansluit op het afgeronde gedeelte van de slagstijl. De voorhar (kopse kant) van de deur sluit vervolgens waterdicht aan op de voorhar van de aansluitende deur.
Krachten in het verlengde van de sluisdeur worden nu dus ook correct opgevangen. Bij het wegdraaien van de deur, na het schutten, komen ze weer los van elkaar.

Resumerend:
- Scharnieren zelf hebben geen krachten t.g.v. verschil in waterdruk te verwerken; enkel de krachten t.g.v. de deurmassa in stilstaande positie en bij het wegdraaien.
- Krachten die het gevolg zijn van verschil in waterhoogte worden opgevangen door de aanslagstijlen en -drempels.

[BaatZ]

Het volume van de totale hoeveelheid water heeft een massa.
Volume wordt beinvloedt door 3 factoren:
hoogte, lengte, en breedte.
Verandert een van die factoren van het water naar boven toe, dan zal dus het volume toenemen.
Als het volume toeneemt, zal er meer massa komen.
Er komt dan meer druk, want druk is hoeveelheid kracht (die voortvloeit uit massa * G-getal) per hoeveelheid oppervlak.
Er komt dus meer druk op het spuitgat te staan.

Deze invloed is dezelfde als die van de hoogte --> het water zal harder wegspuiten.

[Ruben314199]

Stel even dat jouw bewering zou kloppen.

Laten we zeggen dat je met een olietanker vanaf de noordzee (geconnect met heel veel water, dus een hele hoge buitendruk) een sluis binnen vaart. Vervolgens sluit de de sluisdeur.... Op het moment dat de sluisdeur helemaal dicht is en je afgesloten ben van al het andere water op aarde zit je ineens in een veel kleiner stukje water. De druk is daar veel lager (want de totale massa van het omringende water is minder).
Gevolg: De druk in het ruim van de tanker kan zich niet zo snel aanpassen (het sluiten van de laatste millimeter van de sluisdeur gaat redelijk snel). Er ontstaat een enorm drukverschil over de scheepshuid. Deze kan dat niet aan en je tank doet boem ! (of zinkt naar de bodem omdat de druk op je vlak te laag wordt).

Laten we dus hopen dat je geen gelijk hebt...

Ruben studeert ook maritiem, maar zit momenteel op uitwisseling in Singapore. Mooi uitzicht over de haven hier trouwens vanuit de faculteit...

[Jesse]

Op donderdag 18 juli 2002 23:39 schreef BaatZ het volgende:
blablabla.

Eh, heb jij de posts hierboven al gelezen

Op vrijdag 19 juli 2002 06:41 schreef Ruben314 het volgende:
Stel even dat jouw bewering zou kloppen.
*knipp verhaal*

Idd, en je hebt te pas en te onpas enorme deuren en dijken nodig om de enorme zee tegen te houden Dat snapt me broertje van 7 zelfs (nofi)

Volgens mij sluiten de meeste sluizen niet echt tot op de millimeter af, maar dat kan ik mis hebben

Wat is Marine Engineering en wat houd het precies in?
Met maritiem bedoel je maritieme techniek in Delft?

* Jesse doet wtb in rijswijk

Ik nomineer deze topic voor een move naar SG, waarbij even duidelijk bij wordt gezegt dat de vraag over de waterlengte beantwoord is en alle n00bs hun mond houden

[Ruben314199]

Met maritiem bedoel je maritieme techniek in Delft?

Ja