Planeren pws leeuwarder lyceum

PWS

PLANEREN

Leon Schut en Tom den Boon Leeuwarder Lyceum 16-10-2015

Leon Schut en Tom den Boon

Inhoudsopgave

Hoofdstuk 1: intro Voorwoord ...........................................................................................................................

Inleiding ..............................................................................................................................

Onderzoeksvraag ............................................................................................................

Deelvragen .....................................................................................................................

Hypothese ..........................................................................................................................

2 3 3 3 5

Hoofdstuk 2: literatuuronderzoek Planeren .............................................................................................................................

Romp van een schip ...........................................................................................................

Boeg van een schip .............................................................................................................

Rompsnelheid .....................................................................................................................

Weerstanden ......................................................................................................................

Wrijvingsweerstand ........................................................................................................

Drukweerstand ...............................................................................................................

Golfweerstand ................................................................................................................

Porpoising ...........................................................................................................................

Katrol ..................................................................................................................................

7 8 8 8 9 9 10 10 12 14

Hoofdstuk 3: het onderzoek Materiaal & Methode ...........................................................................................................

Eisen ..............................................................................................................................

Benodigdheden ..............................................................................................................

Relevante informatie ......................................................................................................

Werkwijze ........................................................................................................................

Resultaten ..........................................................................................................................

15 15 15 16 17 19

Hoofdstuk 4: slot Conclusie ............................................................................................................................

Discussie ............................................................................................................................

Bronnen ..............................................................................................................................

Logboek ..............................................................................................................................

36 37 38 39

___________________________________________________________________ Profielwerkstuk “Planeren�

Leon Schut en Tom den Boon, A6B

[1]

Hoofdstuk 1: intro

Voorwoord Behalve dat planeren een natuurkundig verschijnsel is, is het ook een reden om windsurfen leuk te vinden. En wat is er nou mooier dan het opzetten van een onderzoek, waarmee de nieuwe kennis en inzicht kan worden meegenomen in de praktijk. Het zou nieuwe inzichten kunnen bieden die van toepassing kunnen zijn op het water. Zodoende zijn wij (Tom den Boon en Leon Schut) op het idee gekomen om het natuurverschijnsel planeren als PWSonderwerp te kiezen. Als volgt een introductie van onszelf.

Leon Schut, 17 jaar oud en volgt momenteel een natuur- en techniekgerichte opleiding op het Leeuwarder Lyceum. Het zesde jaar van atheneum is aangebroken en dat betekent dat er een profielwerkstuk gemaakt moet worden. Hierbij is er gekozen voor het onderwerp ‘planeren’. Op twaalfjarige leeftijd werden mijn eerste meters gesurft op een plank van drie meter en een 3,0 m2 zeiltje. De behaalde snelheden maakte al gauw een enerverende indruk, ook het benutten van de wind op een dergelijke manier dat er hoge snelheden mee bereikt kunnen worden was fantastisch om te zien zowel als ervaren. Doormiddel van slechts wind, een compleet zeil en een plank kunnen er op een middag vele kilometers worden afgelegd. Na een halfjaar werd het trekken van een fatsoenlijke plané gemakkelijker, waarbij het plezier beduidend groter werd. Nu vier jaar later is het nog steeds om met volle teugen van te genieten.

Tom den Boon, 17 jaar oud en maakt dit PWS dus samen met Leon Schut. Op dit moment in het 6e leerjaar van atheneum en heeft net zoals Leon gekozen voor het natuur- en techniekprofiel. Zoals eerder genoemd hebben wij als onderwerp voor ons PWS-werkstuk gekozen voor ‘planeren’ omdat het fantastisch voelt om over het water heen te scheren. Zelf in staat zijn om te windsurfen is een prachtige ervaring en mede door het planeren is het een super mooie sport. Met wind, plank en zeil een zo hoog mogelijke snelheid proberen te bereiken, is echt kicken.

Het kiezen van een onderwerp voor het PWS viel niet mee. Op zich waren er wel veel onderwerpen die de aandacht trokken en interessant waren, maar om daar een onderzoek bij te bedenken en een PWS over te maken leek in sommige gevallen erg lastig. Dat gold eigenlijk ook voor het onderwerp ‘planeren’. In eerste instantie leek het onmogelijk om zelf bepaalde testen uit te voeren met surfplanken en snelheidmeters. En daarom zette de zoektocht zich voort om andere onderwerpen te vinden. Na langdurig zoeken, brainstormen met familie, vrienden en bekenden bleek dat andere onderwerpen toch niet zó geschikt waren als het ‘planeren’, dus volgde alsnog een verdere verdieping in het onderwerp.

Ideeënuitwisseling over vragen als; ‘wat is een toepasselijke onderzoeksopstelling’ en ‘hoe is de theorie toepasbaar in het onderzoek (praktijk)’. Vragen als deze kwamen veelal aan de orde en zijn noodzakelijk om de mogelijkheden te overzien. Het zoeken was gericht op een praktische opstelling, waarbij iets gaat planneren onder bepaalde omstandigheden.

Vervolgens moeten deze omstandigheden varieerbaar zijn om onderzoek te doen.

Na overleg en welkome hulp van onze begeleider, de heer Dardy Hamburger, zijn we hier prima uitgekomen. Toen eenmaal duidelijk was hoe de opstelling eruit moest komen te zien, moest deze opstelling nog gemaakt worden. Dat was een lastige klus, maar met de zeer behulpzame heer Kunnekes is ook dat goed gelukt. Mede door zijn hulp is er een mooie opstelling met meetsysteem ontstaan. Wij zijn hem daar heel dankbaar voor. De beschrijving van de opstelling wordt in de inleiding (blz. 3) verder uitgelegd.

___________________________________________________________________ Profielwerkstuk “Planeren” Leon Schut en Tom den Boon, A6B

[2]

Inleiding Het is hét fenomeen waar elke windsurfer, kitesurfer en/of speedbootbestuurder naar streeft: planeren. Met dit begrip kunnen watersporters een enorme snelheid behalen tot wel boven honderd kilometer per uur. Het snelheidsrecord van windsurfen bijvoorbeeld staat op naam van de Nederlander Hans Kriegel. Op 2 juni 2015 voer Kriegel met een snelheid van maar liefst 100,26 kilometer per uur en j zette daarmee een nieuw wereldrecord. Ook het snelheidsrecord kitesurfen gaat boven de honderd kilometer per uur. Dit staat op naam van de Fransman Alex Caizergues, die met een snelheid van 104,8 kilometer per uur over het water planeerde.

Doordat planeren vaak gepaard gaat met hoge snelheden, is het voor de meeste mensen een zeer geliefd verschijnsel. Door de snelheden die worden behaald met planeren, wordt het als ‘kick’ ervaren en kunnen bijvoorbeeld windsurfers en kitesurfers er geen genoeg van krijgen. Hierbij kunnen wij als windsurfers dit gevoel dat men krijgt wanneer men planeert bevestigen. Dit geeft de aanleiding voor het kiezen van dit onderwerp voor ons PWS, want hoewel het kiezen van een onderwerp niet gemakkelijk was, was dit één van onderwerpen waar we beiden mee te maken hadden (tijdens surfen) en waarin we beiden een interessant PWS-onderwerp zagen. Ook zou het praktische onderzoek een bijdrage kunnen leveren aan nieuw inzichten in planeren en zou eventueel toegepast kunnen worden op het water. Er wordt onderzoek gedaan naar de volgende verbanden: Onderzoeksvraag

Onder welke omstandigheden gaat een boot planeren?

Deelvragen

Toelichting: In het onderzoek wordt gebruik gemaakt van verschillende bootjes, deze worden onder verschillende omstandigheden in plané gebracht.

1. Wat houdt planeren in en hoe gebeurt het?

2. Hoe hangt de (constante) kracht die nodig is om het bootje in plané te trekken af van de vorm van de romp van de bootjes?

3. Hoe hangt de snelheid van de boot in verplaatsingsmodus af van de vorm van de romp?

4. Hoe hangt de versnelling van de boot af van de vorm van de romp in verplaatsingsmodus?

5. Hoe hangt de versnelling van de boot af van de vorm van de romp in plané?

6. Hoe hangt de tijd waarin een bootje in plané komt af van de vorm van het bootje bij een constante kracht?

7. Bij welke snelheid is de weerstand van het water op het bootje maximaal? En is er een verschil per romp?

8. Welke verschillende manieren om te planeren zijn er?

___________________________________________________________________ Profielwerkstuk “Planeren” Leon Schut en Tom den Boon, A6B

[3]

Met behulp van een praktische opstelling zal er onderzocht worden wat de antwoorden zijn op de hoofd- en deelvraag(en). Deze opstelling bestaat uit een drie meter lange buis die horizontaal is doorsneden. Aan de uiteinden van de buis zijn schotten geplaatst om ervoor te zorgen dat er water in de buis kan en blijft. Op deze manier wordt er een sluis gemaakt waar het bootje met enige snelheid doorheen kan varen/planeren. Aan één van de zijden staat een statief met een lengte van ongeveer 2 meter. Deze hoogte is nodig om een gewichtje van ongeveer drie meter hoogte te laten vallen. De buis en statief staan samen op een tafel, waardoor er nog één extra meter in de hoogte bijkomt. Hierdoor wordt er genoeg hoogte gecreëerd om het gewichtje te laten vallen en hiermee het bootje voort te bewegen.

Aan statief zijn twee katrollen bevestigd: één katrol waarmee verscheidene metingen verricht kunnen worden en één (normaal) katrol die het touwtje stuurt. Het touwtje is aan één kant vastgebonden aan een bootje en wordt door de katrollen omhoog geleidt, aan het andere uiteinde hangt het gewichtje.

- foto’s opstelling -

___________________________________________________________________ Profielwerkstuk “Planeren” Leon Schut en Tom den Boon, A6B

[4]

Hypothese Onderzoeksvraag: Onder welke omstandigheden gaat een boot planeren?

Als er gekeken wordt naar de variabelen die invloed uitoefenen op het mogelijk maken van planeren, zullen er met drie factoren rekening gehouden moeten worden. Namelijk, de kracht die ervoor zorgt dat het bootje met een constante trekkracht vooruit wordt getrokken en de rompvorm die bij verschillende vormen en maten een andere resultaat zal bieden. Ook is planeren afhankelijk van de golfslag op het water. Omdat de golfslag in onze opstelling niet van invloed is, laten we deze buiten beschouwing. In de volgende alinea zullen de hypotheses per factor verwoorden. 

De kracht, dit zijn de verschillende gewichtjes die als trekkracht fungeren. Hierdoor is het mogelijk om het bootje met een constante kracht voort te bewegen en/of versnellen.

Hypothese: wanneer er een zwaarder gewicht (= grotere kracht) wordt gebruikt, zal het bootje een grotere eindsnelheid bereiken en zal er een hogere de versnelling worden waargenomen/gemeten. Dus eerder resulteren in planeren snelheden.



De rompvorm, letterlijk de vorm van de voorkant van de boot. Deze wordt veronderstelt als een factor die sterke invloed zal hebben op de planeermogelijkheden van het bootje.

Hypothese: planeren zal bereikt kunnen worden bij een rompvorm die het beste is aangepast aan de helling/vorm van de boeggolf.

Deelvraag 1: Wat houdt planeren in en hoe gebeurt het?

Zal worden toegelicht in de literatuur onderzoek.

Deelvraag 2: Hoe hangt de (constante) kracht die nodig is om het bootje in plané te trekken af van de vorm van de romp van het bootje?

Voor exacte waarden zullen er metingen verricht moeten worden met de proefopstelling. En aan de hand van de gemeten waarden kan er antwoord worden gegeven op de vraag.

Echter, met enkele redeneringen, wordt er verwacht dat het bootje vooruit zal bewegen als de kracht van het gewichtje op het bootje de weerstand overtreft. Hiermee wordt bedoelt dat een kracht die de weerstand van de boeggolf op het bootje overtreft, zorgt voor het uiteindelijke planeren. Daarbij komt kijken dat het bootje met een romp die het best aangepast is aan de helling van de boeggolf het gemakkelijkst in plané zal komen.

Deelvraag 3: Hoe hangt de (gemiddelde)snelheid van de boot in verplaatsingsmodus af van de vorm van de romp?

Verwacht wordt dat het bootje die goed door het water heen kan snijden en dus het minste weerstand het snelst zou gaan.

Deelvraag 4: Hoe hangt de versnelling van de boot af van de vorm van de romp in verplaatsingsmodus?

Verwacht wordt dat de bootjes met een driehoekige of ronde boeg het snelst versnellen, omdat er verwacht wordt dat deze de kleinste weerstand hebben in het water. Bovendien zullen deze beter door het water kunnen snijden.

___________________________________________________________________ Profielwerkstuk “Planeren” Leon Schut en Tom den Boon, A6B

[5]

Deelvraag 5: Hoe hangt de versnelling van de boot af van de vorm van de romp in plané?

Verwacht wordt dat de bootjes met een schuine onderkant hier zullen winnen. Omdat deze door hun schuine onderkant mooi over hun eigen golf kunnen komen en snel vaart kunnen gaan maken.

Deelvraag 6: Hoe hangt de tijd waarin een bootje in plané komt af van de vorm van het bootje bij een constante kracht?

Verwacht wordt dat bij het variëren van rompvormen er verschillende meetwaarden worden gemeten voor het planeren van een bootje. Het ene bootje zal door een plattere vorm langzamer in plané komen dan bijvoorbeeld een bootje die een ronde/oplopende rompvorm heeft. Dit heeft te maken met het frontale oppervlak van de boeg.

Deelvraag 7: Bij welke snelheid is de weerstand van het water op het bootje maximaal? En is er een verschil per romp?

Wanneer je het bootje met een constante snelheid vooruit beweegt, betekent dat dat de weerstand van het water op het bootje gelijk is aan de trekkracht van het gewichtje. Om erachter te komen wat de maximale weerstand is, moet het punt waarop het bootje nog net niet over de boeggolf heen gaat gevonden worden. Om zodoende te gaan planeren. Ook zal aan het einde, wanneer de snelheid in plané constant is. zal hier de grootste weerstand bevinden, samen met het punt wanneer hij net niet in plané komt.

Deelvraag 8: Welke verschillende manieren om te planeren zijn er?

Er wordt gedacht dat er een aantal verschillende vormen van planeren zijn. Hier wordt alvast een voorproefje gegeven, namelijk planeren met surfen of zeilen door middel van windkracht en een slim ontworpen boot/plank. Dit kan ook met een slim ontworpen vin gebeuren (met een ‘drager’ er onderaan). Dit heet hydrofoil zeilen. Verder zal dit in het literair onderzoek worden toegelicht.

___________________________________________________________________ Profielwerkstuk “Planeren” Leon Schut en Tom den Boon, A6B

[6]

Hoofdstuk 2: literatuur onderzoek Planeren

Als je wel eens snel hebt gezeild of met een motorboot hebt gevaren, heb je misschien wel eens meegemaakt dat de boot bij een bepaalde snelheid ging de boot planeren.

Planeren is een toestand waarin de boot uit het water omhoog komt en als het ware over de golven heen glijdt. De boot vaart op dat moment op zijn eigen boeggolf. Als een boot planeert, bereikt de boot zijn hoogste snelheid. Òf en wannéér een boot gaat planeren, is van verschillende factoren afhankelijk.

Het boek: Zeilen, van Karel Heijnen en Peter Tolsma, zegt er het volgende over: “Als een schip zijn rompsnelheid bereikt heeft, ontstaat een situatie waarbij de romp in zijn eigen golfdal ligt, ingeklemd tussen boeg- en hekgolf. Zware schepen, die vanwege hun gewicht en vorm niet kunnen planeren, noemen we waterverplaatsingsschepen: kielboten en kajuitjachten. Zulke schepen kunnen niet sneller varen dan hun maximale rompsnelheid (4,5 x wortel van de waterlijnlengte = snelheid schip). Schepen die wel boven hun maximale rompsnelheid kunnen varen, vanwege hun lichte gewicht en vlakke bodem, heten planeerschepen: vrijwel alle typen zwaardboten en zeilplanken.

Dat een planeerschip, met zijn beperkte aandrijvende vermogen toch in staat is de, in dit snelheidsbereik, sterk stijgende golfvormende weerstand te overwinnen komt doordat zo’n schip bij hogere snelheden over het water gaat glijden in plaats van zich door het water te bewegen en dit letterlijk te moeten verplaatsen. Het water reageert als het ware te traag en heeft niet voldoende tijd om plaats te maken voor de romp. Als een boot gaat planeren, wordt een deel van het gewicht niet langer gedragen door de hydrostatische druk, maar door de hydrodynamische druk: de lift. Met de waterverplaatsing valt de golfvormende weerstand weg. De wrijvingsweerstand neemt ook af, omdat het nat oppervlak kleiner wordt. Derhalve neemt de totale weerstand af en dat maakt een spectaculaire snelheidstoename mogelijk.

Voordat de romp uit het water komt moet een drempel overwonnen worden in de vorm van een extra weerstandstoename. Bij lagere snelheden is namelijk de waterverplaatsing groter dan bij stilstand. De boot ‘zuigt’ zich dan vast. Dit effect kan met Bernouilli verklaard worden, er is sprake van een negatieve lift. Het water dat onder de boot door stroomt, legt een langere weg af ten opzichte van water dat naast de boot rechtlijnig van voor naar achteren stroomt. Er ontstaat een snelheidsverhoging van het onder de boot door stromende water en dus een drukverlaging: de boot zinkt dieper in. Vandaar ook dat het belangrijk is dit effect zoveel mogelijk te voorkomen. De plaats van de bemanning, iets verder naar voren, kan hierin een rol spelen. Op het juiste moment, bijvoorbeeld op een golf, een rukje aan roer en/of schoot kan helpen het water zonder golven (glad) te doen aflopen.’

Romp van een schip

___________________________________________________________________ Profielwerkstuk “Planeren” Leon Schut en Tom den Boon, A6B

[7]

De romp is het waterdichte lichaam van een schip of boot. Boven de romp is de bovenbouw van het schip en/of het dekhuis. De lijn waar de romp het wateroppervlak raakt, noem je de waterlijn.

De structuur van de romp hangt af van de bootsoort. De vorm van de romp is volledig afhankelijk van de behoeften van het design. Vormen variëren van perfect vierkant tot een super naalddun oppervlak. De vorm van een boot wordt gekozen op basis van een evenwicht tussen kosten, hydrostatische overwegingen (huisvesting, dragende kracht en stabiliteit) en hydrodynamica (snelheid, vereiste kracht, beweging en gedrag in een zeegang).

Zeilen: Van beginner tot gevorderde by Karel Heijnen Rawson, E.C.; Tupper (1976). Basic Ship Theory 1 (2nd ed.)

Boeg van een schip De boeg is de voorsteven van een schip en vormt het voorste punt ervan. De boeg is ontworpen om de weerstand van de romp, die door het water heen snijdt, te verminderen. De boeg moet wel hoog genoeg zijn om te voorkomen dat het water gemakkelijk over de rand heen de boot in komt.

Uit: Steward, Robert; Boatbuilding Manual, 3rd ed.

International Marine Publishing Company. Camden, Maine (1987)

Rompsnelheid Iedere boot heeft, afhankelijk van de vorm van de romp, een bepaalde maximale rompsnelheid. Deze maximale rompsnelheid is te berekenen met behulp van een simpele formule (4,49 * de wortel van de lengte van het schip in meters) en is in belangrijke mate afhankelijk van de lengte van de boot. Wanneer een boot zijn maximale rompsnelheid heeft bereikt, vaart deze in een dal tussen de boeg- en de hekgolf. Om vervolgens te kunnen planeren en de boot dus niet àchter maar òp de boeggolf te laten varen, is extra vermogen nodig. Dit extra vermogen kan worden gehaald uit een motor (motorboot) of uit de wind (zeilboot). Naast het extra vermogen is het soms noodzakelijk het gewicht in de boot wat verder naar voren te verplaatsen. Deze situatie wordt ook uitgelegd bij het onderdeel ‘golfweerstand’ (blz. ….)

Zie: http://beterzeilen.nl/zeilen/manoeuvres/planeren.html

___________________________________________________________________ Profielwerkstuk “Planeren” Leon Schut en Tom den Boon, A6B

[8]

Weerstanden Zodra een schip vaart, ondervindt het weerstand. Zo zijn er wrijvingsweerstand, druk- of vormweerstand en golfweerstand. Hieronder worden deze weerstanden nader uitgelegd.

Wrijvingsweerstand Dit is de kracht door wrijving van het water langs de romp.

Deze weerstand is afhankelijk van de grootte van het oppervlak van de romp, de ruwheid van het oppervlak, en de vorm van de grenslaag (zie onder) en natuurlijk de snelheid.

Door deze factoren ontstaat de grenslaag.

De grenslaag is het verschijnsel dat optreedt bij de stroming van het water langs de romp.

Dichtbij de wand wordt de stroming afgeremd door viskeuze wrijving (is ‘stroperigheid’ van het water). Het gevolg is dat er een laagje ontstaat - de grenslaag - met een snelheidsverdeling die loopt van de (ongestoorde) snelheid aan de buitenkant van de grenslaag tot nul op de wand, de hechtvoorwaarde.

Het is dus eigenlijk de kracht die nodig is om water, vlak langs een oppervlakte mee te sleuren.

Het is gemakkelijk om je in te beelden wat voor invloed de wandruwheid heeft op de wrijving, want hoe ruwer de wand, hoe meer water deze meesleurt. Ook de invloed van het oppervlak van de romp is makkelijk te zien. Want hoe groter het oppervlak, hoe meer water je ook weer meetrekt.

De vorm van de grenslaag is wat ingewikkelder. Er zijn twee typen grenslagen: de laminaire en de turbulente grenslaag. Een laminaire grenslaag is een mooie, vloeiend verlopende grenslaag. Deze grenslaag geeft maar weinig wrijving. Hij is echter vrij makkelijk te verstoren, zodat hij overgaat naar de turbulente stroming.

Een turbulente grenslaag is veel woester. De snelheidsverdeling is niet zo geleidelijk en niet constant. Vlakbij de oppervlakte van de romp is de snelheid heel laag, waarna er een vrij dik gebied is waarin de grenslaag bijna de omringende snelheid heeft. De turbulente grenslaag heeft een grote weerstand in verhouding tot een laminaire grenslaag. Een turbulente grenslaag heeft vergeleken met een laminaire grenslaag maar voor een heel klein gedeelte een lage snelheid, en voor een groot gedeelte een snelheid die net iets langzamer is dan het ‘ongestoorde’ water.

Wat je meestal ziet, is dat aan de voorkant van het schip de grenslaag laminair is, en verder naar achter verandert deze in een turbulente grenslaag. Hoe ruwer je romp en hoe harder je vaart, hoe eerder die grenslaag omslaat van laminair naar turbulent.

___________________________________________________________________ Profielwerkstuk “Planeren” Leon Schut en Tom den Boon, A6B

[9]

Als je een mooie, schone romp hebt en het waait bijna niet -het water is als een spiegel-, dan kan de grenslaag helemaal laminair zijn. Ben je lekker aan het planeren en zijn er veel golven dan is de grenslaag bijna meteen turbulent. Natuurlijk wordt de grenslaag naar achter toe ook steeds dikker: je remt tenslotte steeds meer water af.

Uit: Kuiper, G. (1994): Resistance and Propulsion of Ships, Technical University Delft

Drukweerstand Dit geeft aan hoe het water om de boot heen stroomt. Loopt de stroom mooi om het voorwerp heen, dan is de weerstand laag. Wordt de stroom beïnvloed, dan is de weerstand hoog. Drukweerstand wordt ook wel vormweerstand genoemd. De weerstand is dus afhankelijk van de vorm van de stroomlijnen van het water. Dat betekent dat als je weet hoe de stroomlijn loopt, je ook de drukweerstand weet.

Verhouding druk- en wrijvingsweerstand

Lichaam

Drukweerstand

Wrijvingsweerstand

0%

100%

~10%

~90%

~90%

~10%

100%

0%

In praktijk is gebleken dat de turbulente laag een mooie snelheidsverdeling heeft waardoor de stroming beter blijft aanliggen. Voor de drukweerstand is een turbulente grenslaag daardoor beter dan een laminaire grenslaag. Vandaar dat bij topschaatsers strippen op de pakken worden geplakt om ervoor te zorgen dat de stroming turbulent wordt, waardoor de schaatser dus een lagere drukweerstand krijgt. Hetzelfde ‘trucje’ geldt voor de putjes in een golfbal.

Helaas zijn dergelijke trucjes niet toepasbaar op een scheepsromp. Zoals al eerder aangegeven, is de stroming op een scheepsromp na ca. één meter toch al turbulent.

Strippen opplakken maakt de grenslaag dan alleen maar dikker, met als gevolg een snellere loslating en dus een hogere drukweerstand. De romp moet daarom zo gestroomlijnd mogelijk zijn. Opvallend is overigens dat bij veel schepen de drukweerstand lager is als ze achteruitvaren. Dit zie je ook vaak bij auto´s terug. De meest gehoorde verklaring hiervoor is dat er voor een groot gedeelte op gevoel wordt ontworpen, en het gevoel zegt toch dat een driehoek met de punt naar voren minder druk creëert dan andersom. Terwijl in werkelijkheid het tegendeel waar is.

Uit: Kuiper, G. (1994): Resistance and Propulsion of Ships, Technical University Delft

Golfweerstand Zoals iedereen weet, maakt een schip golven als het vaart. In die golven zit energie. Die energie kun je de golfweerstand noemen. Een golf ontstaat door de scheepsronding, want die geeft een drukverschil en die uit zich nu behalve in een snelheidsverandering ook in een niveauverschil.

Hoe sneller en hoe meer het water een bocht moet maken om de boeg, hoe hoger het niveauverschil. Een hoge druk uit zich in een niveauverschil omhoog, zoals bij de boeg, waar

___________________________________________________________________ Profielwerkstuk “Planeren” Leon Schut en Tom den Boon, A6B

[ 10 ]

het water door de boeg van de hartlijn van het schip wordt afgebogen, dus wordt weggedrukt naar de zijkanten van de romp. Voor de duidelijkheid noem ik dit nu de ‘boegberg’.

Een lage druk uit zich in een niveauverschil omlaag, zoals op de grootste breedte van het schip, waar het water juist weer naar binnen wordt afgebogen, dus weer richting romp wordt ‘getrokken’. Voor de duidelijkheid noem ik dit nu het ‘schouderdal’.

Aan de achterkant wordt het richting hartlijn stromende water weer naar buiten afgebogen.

Het water wordt door het water dat van de andere kant komt weggedrukt. Dat geeft dus niveauverhoging bij de kont. Voor de duidelijkheid noem ik dit nu de ‘achterberg’.

Nu heeft water de eigenschap dat een niveauverhoging automatisch het niveau van het omliggende water aanneemt. Denk bijvoorbeeld aan noodzaak van sluizen om water te verhogen en/of te verlagen. Het aannemen van het niveau van het omliggende water gebeurt niet in één keer. Een golf valt door de zwaartekracht naar beneden, en schiet zelfs verder door naar beneden als deze het niveau van het omringende water heeft bereikt. En daarna gaat de golf weer omhoog. De golftop wordt dus na een tijdje een golfdal, en even later weer een golftop, daarna weer een golfdal, enz. totdat het geleidelijk aan gelijk is aan het omringende water.

Heb je in de periode dat de ‘boegberg’ een ‘boegdal’ werd, een halve scheepslengte gevaren, dan valt je ‘boegdal’ dus samen met je ‘schouderdal’. Hierdoor heb je dus een dieper dal halverwege je schip. In diezelfde tijd is je schouderdal een schouderberg geworden, en valt samen met je achterberg, waardoor je achterberg dus extra hoog wordt.

In deze situatie maak je dus heel veel golven, en heb je dus een heel hoge golfmakende weerstand.

Deze situatie is bekend onder de naam ‘rompsnelheid’.

Vaar je in de tijd dat je boegberg een boegdal en weer een boegberg werd een halve scheepslengte, dan heft je boegberg juist je schouderdal op en maak je dus heel weinig golven, en heb je dus een lage golfmakende weerstand.

De romp van een catamaran, een kano of een wedstrijdroeiboot heeft heel weinig ronding in de lengterichting. Het zijn lange, vrij rechte, smalle boten. Dit betekent dat de boegbergen, de schouderdalen en de achterbergen in vergelijking met een gewone romp erg klein zijn. De golfmakende weerstand is daardoor maar een klein gedeelte van de totale weerstand.

Hierdoor is de overgang tussen rompsnelheid en planeren lang niet zo duidelijk als bij een zwaardboot.

Uit: Bertram, V. (2000): Practical Ship Hydrodynamics, Butterworth-Heinemann, Carlton, J. (2007): Marine Propellers and Propulsion, Butterworth-Heinemann, Harvald, S.A. (1992): Resistance and Propulsion of Ships, Krieger Pub Co, Kuiper, G. (1994): Resistance and Propulsion of Ships, Technical University Delft,

___________________________________________________________________ Profielwerkstuk “Planeren” Leon Schut en Tom den Boon, A6B

[ 11 ]

Porpoising

Tijdens het planeren van een boot kan er een opmerkelijk effect optreden, genaamd ‘porpoising’. Dit effect zorgt ervoor dat de boeg van de boot op en neer gaat in een ritmisch patroon. De motor verschaft in dit stadium nog te weinig voortstuwende kracht om de boeg constant omhoog te houden. Hierdoor zal het zwaartepunt, als gevolg van onder andere een tekort aan stuwkracht, aan de voorkant van de boot komen te liggen en resulteren in het op en neer bewegen van de boot.

Om te begrijpen en te verklaren wat er precies optreedt tijdens dit fenomeen, moet er eerst gekeken worden naar de mogelijke oorzaken. Want voordat de boeg zich op en neer gaat bewegen, zullen er eerst een aantal stappen aan vooraf moeten gaan.

Balans Door het plaatsen van de motor aan de achterzijde van de boot verplaatst het zwaartepunt.

Door het (relatief) zware gewicht dat aan de achterkant van de boot ‘trekt’ zal het zwaartepunt meer naar achteren komen te liggen en wordt de balans verstoord. Balans is over het algemeen dè sleutel voor de prestatie van een planerende boot. Ook piloten kunnen last hebben van porpoising.

Bij o.a. een te lage snelheid of een verkeerde houding van het vliegtuig tijdens de landing kan de piloot te maken krijgen met het feit dat het zwaartepunt zich verplaatst. Het controleren en behouden van balans is in alle opzichten van essentieel belang om zo goed mogelijk te planeren.

Porpoising Wordt in eerste instantie veroorzaakt door het verschuiven van het zwaartepunt gedurende het planeren. Doordat de voortstuwende kracht van motor van de boot het tempo van de vallende boeg niet kan compenseren, ziet men de boot als het ware ‘vallen’. Zodra de boeg de vallende beweging maakt komt het zwaartepunt meer aan de voorkant van de boot te liggen. Hierdoor klapt de boeg op het wateroppervlak (Zie figuur 1, boot 3), op dit moment neemt de weerstand toe en de snelheid af. De klap zorgt ervoor dat de boot opnieuw horizontaal op het wateroppervlak komt te liggen (zie figuur 1, boot 1). Nu zal de motor (bij

___________________________________________________________________ Profielwerkstuk “Planeren” Leon Schut en Tom den Boon, A6B

[ 12 ]

aanhoudende stuwkracht) er voor zorgen dat de punt opnieuw uit het water komt en zal zich het ritmische patroon herhalen. Dit heeft een negatieve invloed op de snelheid van de boot en wordt in de meeste gevallen als vervelend ervaren.

Oplossingen Voor het tegengaan van het op en neer stuiteren van de boot zijn verscheidene oplossingen bedacht die het planeren kunnen verbeteren. Als eerste wordt er sterk geadviseerd om (overbodige) gewichten te lozen. Voor gewicht dat niet van de boot af kan wordt geadviseerd om dit zo ver mogelijk naar de achterkant van de boot te plaatsen. Op deze manier verplaatst het zwaartepunt naar achteren waardoor het effect van porpoising in de meeste gevallen wordt voorkomen. Echter, zodra het gewicht dermate groot wordt dat (tijdens planeren) de onderkant van de boot dieper in het water komt te liggen, zal ook dit een negatief effect op de snelheid.

Er moet voor worden gezorgd dat de motor zijn energie op de correcte manier kan omzetten in bewegingsenergie. Dit wordt bereikt door de propeller horizontaal in het water te plaatsen.

Wanneer het gewicht van de aanwezige spullen op de boot aan de achterkant geplaatst is, kan overwogen worden om de propeller naar beneden te richten zoals in het middelste plaatje is geĂŻllustreerd. Zo kan worden voorkomen dat de boot door het gewicht alsnog scheef komt te staan en dat hij horizontaal op het wateroppervlak komt te liggen. Zoals weergegeven in de afbeelding hebben de laatste twee propellerstanden maximale grip.

Als laatste kan de keuze van de propeller en het plaatsen van een ijzeren plaatje op de achterkant van de boot van invloed zijn op de prestaties. Dit ijzeren plaatje wordt dan op het niveau van het water aan de boot aangebracht, in een bepaalde hoek. Deze hoek is belangrijk, want deze hoek zal er voor moeten zorgen dat wederom de boeg van de boot niet omhoog kan komen. Zo houdt het plaatje de boot horizontaal waardoor de planeersnelheden verbeteren.

___________________________________________________________________ Profielwerkstuk “Planeren�

Leon Schut en Tom den Boon, A6B

[ 13 ]

http://www.wmi.org/bassfish/bassboard/boats_motors/message.html?message_id=330410 http://www.boatdesign.net/forums/boat-design/understanding-porpoising-9509.html http://forums.iboats.com/forum/engine-repair-and-maintenance/non-repair-outboarddiscussions/7049-what-is-porpoising http://www.nauticusinc.com/pdf/nauticus_balance_performance.pdf www.boatus.com www.fishtec.co.za

Katrol Een katrol is een werktuig waardoor de trekrichting van een touw wordt veranderd.

Vaak worden een aantal katrollen tegelijkertijd gebruikt. Ze vormen dan een mechanisme en dat heet een takel of blok.

Een takel zorgt ervoor dat je minder kracht hoeft uit te oefenen om een voorwerp te verplaatsen.

Een katrol bestaat uit een schijf, met een groef op de omtrek, waar het touw in ligt. De schijf draait om een as. De schijf is eventueel voorzien van een lager om de wrijving met de as te beperken. De uiteinden van de as zijn bevestigd in de blokwangen. De blokwangen komen bij elkaar in een haak of oog, dat wordt bevestigd aan een vast punt of aan de hijslast. In een katrol kunnen meerdere schijven zijn verwerkt: samen op één as, of verdeeld over meerdere assen. Men spreekt dan van een takelblok of meerschijfsblok.

https://en.wikipedia.org/wiki/Pulley

___________________________________________________________________ Profielwerkstuk “Planeren” Leon Schut en Tom den Boon, A6B

[ 14 ]

Hoofdstuk 3: ons onderzoek

Materiaal & Methode Eisen

Het onderzoek dat zal worden uitgevoerd gaat voor een groot deel samen met een aantal praktische experimenten. Dit maakt het PWS een praktijkgericht onderzoek, waarbij er met behulp van de gemeten resultaten een conclusie tot stand komt. Voor het analyseren van de hoofd- en deelvragen moet er een opstelling worden bedacht die zowel praktisch als toepasbaar is. Hoewel we al snel onze ideeën gevormd hadden, moest de opstelling wel aan een aantal eisen voldoen, namelijk:  De opstelling moet in staat zijn om het voorwerp (bootje) met een constante kracht vooruit te trekken.  De baan waarin het voorwerp zijn versnelling zal krijgen moet lang genoeg zijn om de waarden van de metingen zo zorgvuldig mogelijk te bepalen en het voorwerp daadwerkelijk zijn versnelling te laten krijgen.  Het gewicht dat het voorwerp vooruit zal trekken moet een zo hoog mogelijke beginstand hebben. Ook moet het gewichtje verschillende massa’s aan kunnen nemen.  De eenheden zoals snelheid, afstand en versnelling etc. moeten weergegeven/gemeten kunnen worden.

Benodigdheden

Nadat we alle punten op een rijtje hebben gezet en de eisen voor de opstelling hebben opgenomen, zijn wij gestart met het verzamelen van de benodigde onderdelen. Hierbij word er onderscheid gemaakt tussen elektrische apparatuur, de proefopstelling en het maken van de bootjes.

Elektrisch apparatuur  LabQuest 2  Computer  Low-friction pulley (lage weerstand katrol)  Schuurmachine en zaagtafel Opbouw boten  Hout  Lak  Gebogen schroefhaakjes (7x)  Priem  Meet- en tekengereedschap Opbouw proefopstelling  Baan  Water  Statief  Gewichtjes (7x)  Nylon draad  Duck tape  Steunbalken (2x)

___________________________________________________________________ Profielwerkstuk “Planeren” Leon Schut en Tom den Boon, A6B

[ 15 ]

Overige  Handdoeken  Gieter  Kranten Relevante informatie

De LabQuest 2 is hét apparaat dat goed gebruikt kan worden voor de weergave van bepaalde metingen. Hierbij worden metingen zoals snelheid direct op het touch screen afgebeeld. Naderhand kunnen er met deze meetgegevens verscheidene grafieken worden geconstrueerd. Echter, de LabQuest 2 is een dataverzamelaar en heeft nog een sensor nodig om de metingen te verrichten.

Hierbij treden de low-friction pully (lage weerstand katrol) en de photogate (lichtsluis) in werking. De katrol is bevestigt in het midden van een lichtsluis.

Deze bevat een lichtsensoren en een externe laser.

De externe laser is een lichtdetector die reageert op de aanwezigheid van een zwakke laserstraal. In het onderzoek wordt de externe laser gebruikt. De speciale katrol beschikt over tien spaken en is in het midden van het lichtsluis geplaatst. Door rotatie van het katrol wordt de lichtbundel van de lichtsluis onderbroken waardoor er weergave van een grafiek ontstaat op het scherm van de LabQuest 2. Deze - Lichtsluis en katrol staan door een kabel met elkaar in verbinding.

Nadat de gegevens in de LabQuest 2 zijn verwerkt, kunnen deze vervolgens in het bestand Logger pro op de computer worden geopend. Een verdere instructie over de bediening van de LabQuest 2 volgt in de werkwijze (zie blz. 19).

Voordat de uiteindelijke bootjes gezaagd konden worden, hebben we met prototypen veel tests gedaan. Hieruit volgde belangrijke informatie dat verder verwerkt kon worden in de echte experimentenbootjes. De bootjes hebben allemaal dezelfde afmeting en gewicht gekregen, om op deze manier gelijke omstandigheden te creëren. Hierdoor zal de uitkomst nog betrouwbaarder zijn. De afmetingen zijn 11 bij 6 bij 3 cm (lengte x breedte x hoogte).

Echter, voor ons onderzoek hebben de rompen van de zeven bootjes allemaal een unieke vorm gekregen. Het begint bij bootje 1, die slechts een platte romp heeft. Daarna komen de bootjes 2 tot en met 7 die allemaal een unieke romp hebben gekregen. Met behulp van een priem is op gelijke hoogtes een gaatje geprikt, waar vervolgens de gebogen schroefhaakjes in werden gedraaid. De positionering van de gebogen schroefhaakjes ligt 75 mm onder het midden van de romp. Om te voorkomen dat de bootjes in gewicht toenamen gedurende de tests, door opname van water, hebben we ervoor gekozen om een laklaag aan te brengen.

De opstelling bestaat uit een vier meter lange ‘goot’. Deze goot bestaat op zijn beurt uit twee delen die in elkaar worden geschoven. De baan wordt op zijn plek gehouden door twee latten die onderling zijn verbonden en in de verlengde van de baan liggen. Aan het linker uiteinde van de baan staat de statief van twee meter hoogte, met daaraan de twee katrollen bevestigt. Door de katrollen loopt een draad van nylon die aan de ene kant het gewichtje draagt en aan het andere uiteinde het bootje aan zich bevestigd krijgt. Omdat de gehele opstelling op een bureau staat, verkrijgen we nog een extra meter om het gewichtje te laten vallen. Om lekken te voorkomen is het middenstuk, waar de twee delen in elkaar zijn geschoven, met duck tape afgetapet. De LabQuest 2 wordt halverwege het statief in een standaard gezet en wordt verbonden met de lichtsluis.

___________________________________________________________________ Profielwerkstuk “Planeren” Leon Schut en Tom den Boon, A6B

[ 16 ]

Werkwijze

Voordat het experiment kan worden uitgevoerd, zijn er eerst een aantal stappen die op de LabQuest 2 verricht moeten worden om ervoor te zorgen dat de meting correct verloopt. Dit gaat met name om de instellingen die je herhaalt per bestand.

Het instellen van de LabQuest 2 1)

Zet de het toestel aan, en zorg ervoor dat hij is verbonden met het lichtsluisje doormiddel van een daarvoor bestemde kabel.

2) 3)

Door deze connectie verschijnt er in het beginscherm: Modus (tijdmeting met Lichtsluis) → Invullen: katrol (10 spaken) in groef → meting stoppen bij, invullen: 250300 metingen (hangt af van de lengte van de baan) → Toets: OK

4)

Ga vervolgens naar het scherm van grafieken, door rechts bovenin op optie grafiek te toetsen.

5)

Verander de verticale as door op de linkeras van de grafiek te toetsen en kies optie Snelheid. En controleer of de horizontale as op tijd (s) staat ingesteld. Indien anders weergegeven: Toets op de horizontale as van de grafiek en kies optie tijd.

___________________________________________________________________ Profielwerkstuk “Planeren” Leon Schut en Tom den Boon, A6B

[ 17 ]

6)

Zodra de meting begint. Dit is het uitgangspunt van elke nieuwe meting. → Toets: verzamelen knop Om in datzelfde bestand nieuwe metingen te plaatsen. → Toets: Het geselecteerde kastje als het voorbeeld rechts. → Start vervolgens je nieuwe meting en vergelijk aan het eind alle runs.

7)

Nadat de meting voltooit is toets: bestand → Toets: Opslaan… → Toets: Bestandsnaam en geef het bestand een nieuwe naam. → Toets: (Nieuwe bestandsnaam). → Toets: Opslaan.

In totaal hebben we deze zes stappen zeven maal herhaald om voor elk bootje een apart bestand op te slaan.

Voor het uitvoeren van de experimenten en om de juiste resultaten te verkrijgen, moeten de volgende stappen zorgvuldig worden doorlopen.

Experiment 1) Zet de LabQuest 2 volgens het eerder genoemde protocol klaar (zie stap 5, blz. …).

2) Plaats bootje nummer 1 (vastgehaakt aan draad) in de baan met water.

3) Zorg ervoor dat bij de eerste meting er 1 gewichtje aan het andere uiteinde van het draad hangt.

4) Check of alles nog juist zit (nylondraad, vlak water) 5) Laat een tweede persoon de verzamelen toets van de LabQuest 2 indrukken wanneer jij het bootje loslaat.

6) Laat het bootje los.

7) Analyseer of de metingen kloppen.

8) Start een nieuwe run (zie stap 5) en hang één extra gewichtje erbij op.

9) Herhaal vervolgens stap 5 en 6.

10) Doe dit totdat het maximale aantal gewichtjes, namelijk zes, is bereikt.

11) Sla deze zes runs op (zie stap 6).

12) Herhaal deze elf stappen met alle bootjes.

___________________________________________________________________ Profielwerkstuk “Planeren” Leon Schut en Tom den Boon, A6B

[ 18 ]

Resultaten Alle resultaten zijn met behulp van logger pro in kaart gebracht.

Snelheid – tijd – grafieken bootje 1

gewichtje 20 gram gewichtje 40 gram gewichtje 60 gram gewichtje 80 gram gewichtje 100 gram gewichtje 120 gram gewichtje 140 gram

bovenstaande grafiek, ingezoomd

___________________________________________________________________ Profielwerkstuk “Planeren” Leon Schut en Tom den Boon, A6B

[ 19 ]

Gemiddelde snelheid bootje 1 per gewichtje: 20 gram 40 gram 60 gram 80 gram 100 gram 120 gram

0,266 m/s 0,351 m/s 0,631 m/s 0,944 m/s 1,279 m/s 1,558 m/s

Bij 6 gewichtjes (120 gram) begint dit bootje te planeren na 0,982 seconde, uitgelezen uit de grafiek. Dit is bepaald door middel van goed kijken en inzoomen op de plek waar uiteindelijk de snelheid weer omhoog gaat. In het programma Loggerpro is dit mooi uit te lezen.

___________________________________________________________________ Profielwerkstuk “Planeren�

Leon Schut en Tom den Boon, A6B

[ 20 ]

Snelheid – tijd – grafieken bootje 2

gewichtje 20 gram gewichtje 40 gram gewichtje 60 gram gewichtje 80 gram gewichtje 100 gram gewichtje 120 gram

bovenstaande grafiek, ingezoomd

___________________________________________________________________ Profielwerkstuk “Planeren” Leon Schut en Tom den Boon, A6B

[ 21 ]

Gemiddelde snelheid bootje 2 per gewichtje: 20 gram 40 gram 60 gram 80 gram 100 gram 120 gram

0,281 m/s 0,437 m/s 0,717 m/s 1,383 m/s 1,642 m/s 1,912 m/s

Bij 6 gewichtjes (120 gram) begint dit bootje te planeren na 0,616 seconde, uitgelezen uit de grafiek.

___________________________________________________________________ Profielwerkstuk “Planeren�

Leon Schut en Tom den Boon, A6B

[ 22 ]

Snelheid – tijd – grafieken bootje 3

gewichtje 20 gram gewichtje 40 gram gewichtje 60 gram gewichtje 80 gram gewichtje 100 gram gewichtje 120 gram

bovenstaande grafiek, ingezoomd

___________________________________________________________________ Profielwerkstuk “Planeren” Leon Schut en Tom den Boon, A6B

[ 23 ]

Gemiddelde snelheid bootje 3 per gewichtje: 20 gram 40 gram 60 gram 80 gram 100 gram 120 gram

0,301 m/s 0,456 m/s 0,819 m/s 1,280 m/s 1,769 m/s 1,980 m/s

Bij 6 gewichtjes (120 gram) begint dit bootje te planeren na 0,671 seconde, uitgelezen uit de grafiek.

___________________________________________________________________ Profielwerkstuk “Planeren�

Leon Schut en Tom den Boon, A6B

[ 24 ]

Snelheid – tijd – grafieken bootje 4

gewichtje 20 gram gewichtje 40 gram gewichtje 60 gram gewichtje 80 gram gewichtje 100 gram gewichtje 120 gram

bovenstaande grafiek, ingezoomd

___________________________________________________________________ Profielwerkstuk “Planeren” Leon Schut en Tom den Boon, A6B

[ 25 ]

Gemiddelde snelheid bootje 4 per gewichtje: 20 gram 40 gram 60 gram 80 gram 100 gram 120 gram

0,312 m/s 0,367 m/s 0,678 m/s 0,934 m/s 1,418 m/s 1,870 m/s

Bij 6 gewichtjes (120 gram) begint dit bootje te planeren na 0,621 seconde, uitgelezen uit de grafiek.

___________________________________________________________________ Profielwerkstuk “Planeren�

Leon Schut en Tom den Boon, A6B

[ 26 ]

Snelheid – tijd – grafieken bootje 5

gewichtje 20 gram gewichtje 40 gram gewichtje 60 gram gewichtje 80 gram gewichtje 100 gram gewichtje 120 gram

bovenstaande grafiek, ingezoomd

___________________________________________________________________ Profielwerkstuk “Planeren” Leon Schut en Tom den Boon, A6B

[ 27 ]

Gemiddelde snelheid bootje 5 per gewichtje: 20 gram 40 gram 60 gram 80 gram 100 gram 120 gram

0,321 m/s 0,417 m/s 0,739 m/s 1,233 m/s 1,669 m/s 1,992 m/s

Bij 6 gewichtjes (120 gram) begint dit bootje te planeren na 0,456 seconde, uitgelezen uit de grafiek.

___________________________________________________________________ Profielwerkstuk “Planeren�

Leon Schut en Tom den Boon, A6B

[ 28 ]

Snelheid – tijd – grafieken bootje 6

gewichtje 20 gram gewichtje 40 gram gewichtje 60 gram gewichtje 80 gram gewichtje 100 gram gewichtje 120 gram

bovenstaande grafiek, ingezoomd

___________________________________________________________________ Profielwerkstuk “Planeren” Leon Schut en Tom den Boon, A6B

[ 29 ]

Gemiddelde snelheid bootje 6 per gewichtje: 20 gram 40 gram 60 gram 80 gram 100 gram 120 gram

0,355 m/s 0,390 m/s 0,753 m/s 1,388 m/s 1,853 m/s 2,023 m/s

Bij 6 (120 gram) gewichtjes begint dit bootje te planeren na 0,496 seconde, uitgelezen uit de grafiek.

___________________________________________________________________ Profielwerkstuk “Planeren�

Leon Schut en Tom den Boon, A6B

[ 30 ]

Snelheid – tijd – grafieken bootje 7

gewichtje 20 gram gewichtje 40 gram gewichtje 60 gram gewichtje 80 gram gewichtje 100 gram gewichtje 120 gram

bovenstaande grafiek, ingezoomd

___________________________________________________________________ Profielwerkstuk “Planeren” Leon Schut en Tom den Boon, A6B

[ 31 ]

Gemiddelde snelheid bootje 7 per gewichtje: 20 gram 40 gram 60 gram 80 gram 100 gram 120 gram

0,319 m/s 0,404 m/s 0,781 m/s 1,409 m/s 1,818 m/s 2,112 m/s

Bij 6 gewichtjes (120 gram) begint dit bootje te planeren na 0,489 seconde, uitgelezen uit de grafiek.

___________________________________________________________________ Profielwerkstuk “Planeren�

Leon Schut en Tom den Boon, A6B

[ 32 ]

Bootje gemiddelde snelheid ranglijst met 1 gewichtje (20 gram) in verplaatsing modus (niet plané).

Tabel 1 1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

Bootje 6 Bootje 5 Bootje 7 Bootje 4 Bootje 3 Bootje 2 Bootje 1

0,355 m/s 0,321 m/s 0,319 m/s 0,312 m/s 0,301 m/s 0,281 m/s 0,266 m/s

Bootje gemiddelde snelheid ranglijst met 6 gewichtjes (120 gram) in plané toestand.

Tabel 2 1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

Bootje 7 Bootje 6 Bootje 5 Bootje 3 Bootje 2 Bootje 4 Bootje 1

2,112 m/s 2,023 m/s 1,992 m/s 1,980 m/s 1,912 m/s 1,870 m/s 1,558 m/s

Tabel 3 Gewicht 1 2 3 4 5 6 7

Kilogram 0,020 0,040 0,060 0,080 0,100 0,120 0,140

Newton 0,1962 0,3924 0,5886 0,7848 0,9810 1,1772 1,3734

Voor het berekenen van de voorwaartse kracht van het bootje per gewicht hebben we de volgende formule gebruikt: Fvw, bootje = Fz, gewichtje = m * g = 0,020 * 9,81 = 0,1962 N Fvw, bootje = Fz, gewichtje = m * g = 0,040 * 9,81 = 0,3924 N Fvw, bootje = Fz, gewichtje = m * g = 0,060 * 9,81 = 0,5886 N Fvw, bootje = Fz, gewichtje = m * g = 0,080 * 9,81 = 0,7848 N Fvw, bootje = Fz, gewichtje = m * g = 0,100 * 9,81 = 0,9810 N Fvw, bootje = Fz, gewichtje = m * g = 0,120 * 9,81 = 1,1772 N Fvw, bootje = Fz, gewichtje = m * g = 0,140 * 9,81 = 1,3734 N

___________________________________________________________________ Profielwerkstuk “Planeren” Leon Schut en Tom den Boon, A6B

[ 33 ]

Ranglijst tijd om in plané te komen per bootje met 6 gewichtjes.

Tabel 4 1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

bootjes Bootje 5 Bootje 7 Bootje 6 Bootje 2 Bootje 4 Bootje 3 Bootje 1

Tijd (s) 0,456 seconde 0,489 seconde 0,496 seconde 0,616 seconde 0,621 seconde 0,671 seconde 0,982 seconde

Ranglijst versnelling per bootje met 6 gewichtjes.

Tabel 5 1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

bootjes Bootje 5 Bootje 3 Bootje 6 Bootje 4 Bootje 7 Bootje 1 Bootje 2

Versnelling (m/s2) 2,74 m/s2 2,57 m/s2 2,54 m/s2 2,37 m/s2 2,30 m/s2 1,85 m/s2 1,77 m/s2

Bootje 1: a = dv / dt = 2,67 / 1,44= 1,85 m/s2 Bootje 2: a = dv / dt = 2,02 / 1,14 = 1,77m/s2 Bootje 3: a = dv / dt = 3,061 / 1,19 = 2,57 m/s2 Bootje 4: a = dv / dt = 2,92 / 1,23 = 2,37 m/s2 Bootje 5: a = dv / dt = 3,18 / 1,16 = 2,74 m/s2 Bootje 6: a = dv / dt = 2,903 / 1,114 = 2,54 m/s2 Bootje 7: a = dv / dt = 3,296 / 1,10= 2,30 m/s2

___________________________________________________________________ Profielwerkstuk “Planeren” Leon Schut en Tom den Boon, A6B

[ 34 ]

Ranglijst versnelling per bootje met 1 gewichtje.

Tabel 6 1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

bootjes Bootje 6 Bootje 5 Bootje 7 Bootje 4 Bootje 3 Bootje 2 Bootje 1

Versnelling (m/s2) 0,0694 m/s2 0,0554 m/s2 0,0553 m/s2 0,0468 m/s2 0,0455 m/s2 0,0353 m/s2 0,0338 m/s2

Bootje 1: a = dv / dt = 0,224 / 6,62 = 0,0338 m/s2 Bootje 2: a = dv / dt = 0,222 / 6,63 = 0,0353 m/s2 Bootje 3:a = dv / dt = 0,283 / 6,22 = 0,0455 m/s2 Bootje 4: a = dv / dt = 0,280 / 5,98 = 0,0468 m/s2 Bootje 5: a = dv / dt = 0,322 / 5,81 = 0,0554 m/s2 Bootje 6: a = dv / dt = 0,366 / 5,27 = 0,0694 m/s2 Bootje 7: a = dv / dt = 0,323 / 5,84 = 0,0553 m/s2

Deze resultaten konden we allemaal krijgen met behulp van Logger Pro. Alle bootjes zijn even zwaar.

___________________________________________________________________ Profielwerkstuk “Planeren�

Leon Schut en Tom den Boon, A6B

[ 35 ]

Hoofdstuk 4: Slot Conclusie Deelvraag 1: Deze deelvraag hebben we beantwoord in hoofdstuk 2, blz. 6.

Deelvraag 2: Uit de resultaten blijkt dat er bij verschillende kracht geplaneerd wordt: de bootjes 1 en 4 hebben maar liefst 5 gewichtjes (0,9810 N) nodig om in plané te komen. De overige bootjes hebben vanaf de kracht van 4 gewichtjes (0,7848 N) genoeg trekkracht om in plané te komen.

Dit betekent voor de rompvorm dat je sowieso niet de platte en de plat schuine romp moet nemen als je wil planeren. Over de andere vormen kunnen we niet iets accuraats zeggen over de constante kracht in vergelijking met de romp.

Deelvraag 3: In tabel 1 zie je dat bootje 6 optimaal is om in verplaatsingsmodus te varen.

Deelvraag 4: In tabel 6 kun je zien dat bootje 6 het beste is om zo snel mogelijk te versnellen naar zijn maximale snelheid in verplaatsingsmodus.

Deelvraag 5: In tabel 5 kun je zien dat je het snelst in plané vorm versnelt naar de hoogste snelheid met bootje 5.

Deelvraag 6: Aan de hand van tabel 4 is te concluderen dat er wel degelijk een merkbaar verschil is in de tijd om in plané te komen. Het bootje dat het snelst in plané komt met constante kracht is bootje 5.

Deelvraag 7: Uit ons literatuuronderzoek blijkt dat de weerstand van het water het grootst is als de boot zijn rompsnelheid heeft bereikt of als hij een constante snelheid heeft.

Onze bootjes zijn allemaal even zwaar en liggen even diep in het water. De enige variabele is de vorm van de romp. Derhalve kun je op basis van de resultaten met zekerheid zeggen dat de weerstand per bootje verschilt omdat er anders geen verschil zou zijn in de snelheid van de bootjes.

Deelvraag 8: Er zijn een aantal manieren om te planeren. Je kunt bijvoorbeeld met een motor of zeil planeren.

___________________________________________________________________ Profielwerkstuk “Planeren” Leon Schut en Tom den Boon, A6B

[ 36 ]

Onderzoeksvraag: Uit ons literatuuronderzoek en uit de resultaten van onze opstelling blijkt dat aan de volgende voorwaarden voldaan moet worden om te kunnen planeren: genoeg kracht, een goede rompvorm en dat de boot sneller dan de eigen rompsnelheid moet kunnen varen.

Discussie In het algemeen zijn we tevreden over het verloop van ons onderzoek. Er zijn echter wel een aantal min- en verbeterpuntjes te noemen:  De rompvormen zijn handgemaakt en hebben dus niet een perfecte vorm. Ook lagen ze niet perfect waterpas in het water. Hierdoor hebben de bootjes niet een optimaal resultaat kunnen halen.  Er bleek na verloop van tijd dat er een lek zat in onze opstelling, waardoor er water uit liep. Deze lekkage hebben wij wel gerepareerd, maar het gevolg was wel dat er dus niet altijd precies evenveel water in de baan zat. Ook werd er soms water uit de baan gestuwd door de snelheid van de bootjes. Dit zorgde voor rommelige, slordige omstandigheden.  Ons statief was niet helemaal stevig. Dit zorgde voor een klein beetje gewiebel als het gewichtje viel, waardoor er een kleine onnauwkeurigheid zit in onze grafieken  Bootje 2 dook bij het zesde gewichtje het water in en daardoor zie je die plotselinge daling in de snelheid. We hebben op verschillende manieren geprobeerd dit te stoppen, maar dat lukte niet.  Als een bootje ging planeren, gebeurde dat niet perfect recht door de bak, maar slingerde de boot een klein beetje. Een roer leek dit niet te verbeteren.  Omdat we handmatig de Labquest moesten starten en het bootje loslaten, zit er ook hierdoor weer een kleine afwijking in onze grafieken.  We hebben lak over de bootjes heen gespoten, zodat het hout geen water meer zou opnemen. Dit was echter niet geheel afdoende, maar de wateropname van de bootjes was onzes inziens wel verwaarloosbaar klein.

We hebben ook een paar beperkingen ervaren:  De baan was wat smal en kort, waardoor we wat last hadden van golfslag. Met een langere en bredere baan zou dat minder zijn geweest.  We hadden niet oneindig veel verschillende gewichtjes, dus konden we niet alles perfect meten.

In geval van een vervolgonderzoek raden wij aan om met ons beste bootje 7 vervolgonderzoek te doen.

___________________________________________________________________ Profielwerkstuk “Planeren” Leon Schut en Tom den Boon, A6B

[ 37 ]

Bronnen Zeilen: Van beginner tot gevorderde by Karel Heijnen Rawson, E.C.; Tupper (1976). Basic Ship Theory 1 (2nd ed.) http://beterzeilen.nl/zeilen/manoeuvres/planeren.html Steward, Robert; Boatbuilding Manual, 3rd ed. International Marine Publishing Company.

Camden, Maine (1987) Bertram, V. (2000): Practical Ship Hydrodynamics, Butterworth-Heinemann, Carlton, J. (2007): Marine Propellers and Propulsion, Butterworth-Heinemann, Harvald, S.A. (1992): Resistance and Propulsion of Ships, Krieger Pub Co, Kuiper, G. (1994): Resistance and Propulsion of Ships, Technical University Delft, http://www.wmi.org/bassfish/bassboard/boats_motors/message.html?message_id=330410 http://www.boatdesign.net/forums/boat-design/understanding-porpoising-9509.html http://forums.iboats.com/forum/engine-repair-and-maintenance/non-repair-outboarddiscussions/7049-what-is-porpoising http://www.vaarbewijzen.nl/rompsnelheid.html http://www.nauticusinc.com/pdf/nauticus_balance_performance.pdf www.boatus.com www.fishtec.co.za https://nl.wikipedia.org/wiki/Grenslaag https://nl.wikipedia.org/wiki/Drukweerstand http://www.euroszeilen.utwente.nl/wiki/Rompvorm https://nl.wikipedia.org/wiki/Scheepsweerstand https://en.wikipedia.org/wiki/Pulley

___________________________________________________________________ Profielwerkstuk “Planeren�

Leon Schut en Tom den Boon, A6B

[ 38 ]

Logboek

Naam: Leon Schut

Week: 25 26 27 27 27

Datum: 22-06-2015 28-06-2015 29-06-2015 01-07-2015 02-07-2015

Duur: 80 min 260 min 180 min 180 min 210 min

27 27

02-07-2015 02-07-2015

90 min 60 min

27 39

02-07-2015 21-09-2015

60 min 90 min

39 39 40 40 40 41 41 41 41

22-09-2015 24-09-2015 28-09-2015 29-09-2015 30-09-2015 05-10-2015 06-10-2015 06-10-2015 06-10-2015

40 min 80 min 70 min 240 min 60 min 180 min 220 min 210 min 540 min

41 41 42 42 42 42 43 45

06-10-2015 07-10-2015 12-10-2015 13-10-2015 14-10-2015 14-10-2015 25-10-2015 10-11-2015

300 min 100 min 120 min 120 min 300 min 450 min 10 min 60 min

46 48 48 48

13-11-2015 22-11-2015 23-11-2015 24-11-2015

120 min 120 min 300 min 240 min

Wat? Voorlichting PWS PWS onderwerpen Vaststellen PWS onderwerp Bedenken onderzoek Bedenken van ons start onderzoeksvragen en hypotheses Bedenken proefopstelling Overleg met begeleider, dhr.

Hamburger Zoeken van een baan Oriëntatie proefopstelling/ overleg dhr. Kunnekes Overleg met dhr. Kunnekes Realisatie van proefopstelling Start opbouw proefopstelling Maken/testen boten + materiaal Baan verstevigd Verslag inleiding Opstelling compleet/ testen Hypothese Baanlek herstel, eindresultaat boot gemaakt Uitvoeren van experimenten Voorwoord Resultaten in voeren Intro en resultaten Materiaal & Methode Resultaten, discussie, conclusie Inleveren concept PWS Bespreken concept PWS met dhr.

Hamburger Presentatie NHL Aanpassen intro Porpoising literatuuronderzoek Laatste wijzigingen PWS

___________________________________________________________________ Profielwerkstuk “Planeren” Leon Schut en Tom den Boon, A6B

[ 39 ]

Naam: Tom den Boon

Week 26 27 27 27

Datum: 28-06-2015 29-06-2015 01-07-2015 01-07-2015

Duur: 300 min 180 min 180 min 210 min

27

02-07-2015

90 min

27

02-07-2015

60 min

27

02-07-2015

90 min

36 39

02-09-2015 01-10-2015

90 min 120 min

40 40 41 41 41 41 42 42 42 42 43 45

1-10-2015 02-10-2015 05-10-2015 05-10-2015 05-10-2015 06-10-2015 12-10-2015 13-10-2015 14-10-2015 15-10-2015 25-10-2015 10-11-2015

120 min 120 min 60 min 180 min 120 min 300 min 300 min 540 min 450 min 540 min 10 min 60 min

47 47 48 48

20-11-2015 21-11-2015 23-11-2015 24-11-2015

420 min 180 min 240 min 360 min

Wat? Zoeken naar onderwerp PWS Vaststellen PWS onderwerp Bedenken onderzoek Bedenken van ons start onderzoeksvragen en hypotheses Bedenken mogelijke proefopstelling Overleg met begeleider, dhr.

Hamburger Baan vinden voor onze proef opstelling Prototype bootjes ontwerpen Overleg dhr. Kunnekes over bootjes en proefopstelling Baan maken Prototype bootjes maken Oriëntatie opstelling Test onderzoek Baan verstevigen Definitief onderzoek Literatuur Intro en resultaten Resultaten, discussie, conclusie Opmaak concept PWS Inleveren concept PWS Concept bespreken met dhr.

Hamburger Herschrijven literatuuronderzoek Legenda resultaten maken Wijzigingen PWS Laatste wijzigingen PWS

___________________________________________________________________ Profielwerkstuk “Planeren” Leon Schut en Tom den Boon, A6B

[ 40 ]