Profielwerkstuk voetbal & natuurkunde - KNAW Onderwijsprijs

gevolg de turbulente kolk die de grenslaag laat scheiden, zal het scheidingspunt verder op het
oppervlak van de bal liggen dan dat bij de laminaire grenslaag het geval was. De ‘wake’ die ontstaat is
daardoor kleiner dan bij de situatie met de laminaire grenslaag (figuur 1.6). De hoeveelheid
kinetische energie in de wake is kleiner en volgens [3] zal de druk dan relatief hoger moeten zijn. Er
echter nog steeds sprake van onderdruk t.o.v. het stuwpunt waardoor er een (minder grote)
drukweerstand ontstaat.
Gebaseerd op Sports aerodynamics’, paragraaf 2 ‘Basic Fluid Mechanics Principles’, blz. 237 t/m 239 (5) en Computational
Fluid Dynamics for Sport Simulation, paragraaf 2 ‘Basic of Sports Ball Aerodynamics’, blz. 85 t/m 87 (1).
1.9 Getal van Reynolds en de luchtweerstand
Zoals al eerder gezegd heeft het getal van Reynolds dus een hele belangrijke rol bij de overgang van
de grenslaag van laminaire naar turbulente status. Dit kunnen we ook zien als we de CD (uit [1])
uitzetten tegen het getal van Reynolds (1). In deze grafiek kunnen we vier ‘Reynolds gebieden’
onderscheidden: Subcritical, Critical, Supercritical, Transcritical (figuur 1.8).
H6.3
Figuur 1. 8 Verhouding weerstandscoëfficiënt en getal van Reynolds © Computational Fluid Dynamics for Sport
Simulation (1)
In het eerste gebied, ‘subcritical’, is er uitsluitend sprake van een laminaire grenslaag en heeft het
getal van Reynolds bijna geen invloed op de luchtweerstand. Aangezien de grenslaag laminair is zal
de ‘wake’ maximaal zijn waardoor ook de drukweerstand maximaal zal zijn. Dit komt tot uiting in een
maximale CD – waarden. Volgens [1] is de luchtweerstand in dit gebied dan ook het grootst.
Vervolgens wordt de kritische waarde van het getal van Reynolds bereikt waardoor de grenslaag
overgaat van laminair naar turbulent. Dit gebied noemen we ‘critical’. Het gevolg hiervan was dat het
‘scheidings’punt verder op het oppervlak van de bal kwam te liggen en de ‘wake’ dus kleiner zou
worden. Door een kleine ‘wake’ werd ook de drukweerstand flink kleiner en dat zie je terug in de
minimale CD – waarde in figuur 1.8. In dit kritische gebied is het getal van Reynolds ongeveer gelijk
aan 5,0 ∙ 10 5 , met [4] kunnen we nu een idee krijgen van de snelheid van de bal wanneer die zich in
dit gebied bevindt.
© Mike van Oppen & Richard Post 10