Profielwerkstuk voetbal & natuurkunde - KNAW Onderwijsprijs

5.2 De schotmachine
Om betrouwbare resultaten uit ons videometen experiment te krijgen moesten we uiteraard de
krachten die op de verschillende ballen zouden gaan werken constant houden. Om dit voor elkaar te
krijgen moesten we een schotmachine gaan bouwen. Al snel hadden we in ons hoofd hoe we dit aan
wilden pakken. Een systeem waarbij zwaarte energie omgezet zou moeten worden in
bewegingsenergie en overgedragen kan worden aan een voetbal. Met onderstaande energiebalans
hebben we berekend hoeveel massa onze stellage zou moeten kunnen dragen en onder welke
hoogte wij het been dan los zouden moeten laten:
Ekin, A = Ekin,B
½ ∙ mbal ∙ vbal 2 = mbeen ∙ g ∙ hbeen
½ ∙ 0,43 ∙ 25 2 = 9,81 ∙ mbeen ∙ hbeen
134,375 = 9,81 ∙ mbeen ∙ hbeen
mbeen ∙ hbeen = 13,69775739
We zouden dus een been met een massa van 14 kg van 1 meter hoog kunnen laten vallen en dit zou
de bal dan voldoende kracht meegeven om de bal met een snelheid van 25 m/s weg te schieten.
Aangezien de snelheid van een voetbal tussen 4,6 m/s en de 32 m/s (Sports aerodynamics, CISM) is
een snelheid van 25 m/s een mooi streven. We wilden dit bereiken door een soort schommel te
maken met daaraan een houten been en een voetbalschoen. Om het houten been extra massa te
geven (om zo meer zwaarte‐energie te genereren) hebben wij een gat voor een dumbell in het been
gemaakt. Met deze dumbell kunnen wij het been maximaal 15 kg verzwaren. Verder hadden we de
beschikking over een verstelbaar platform zodat we het been in de evenwichtsstand iets boven de
grond konden houden, hiermee voorkwamen we dat de schoen de grond zou schampen als we een
onderdeel net even verkeerd hadden gezaagd of als we achteraf nog iets wilden veranderen.
Figuur 5. 4 Eerste schets schotmachine
© Mike van Oppen & Richard Post 24
A
Figuur 5. 3 Situatie energiebalans
B