Aflevering 9: Versnellingen

Versnelling is een natuurkundig fenomeen dat ons voortdurend omringt. We beseffen het vaak niet en als we het wel beseffen, doet het pijn, bijvoorbeeld als je met een hamer op je duim tikt.

Met deze LaSi-blog wil ik een lijn trekken van alledaagse situaties naar speciale vereisten voor transport per zeecontainer of vrachtwagen.

Berekening van de versnelling

In de natuurkunde spreken we van een uniform versnelde translatie met of zonder beginsnelheid.

De versnelling (a) wordt berekend door de snelheid (v) te delen door de tijd (t). De versnelling heeft de eenheid ^m/s2.

Snelheidsveranderingen worden vaak veroorzaakt door remmen, wat in de natuurkunde vertraging wordt genoemd. De berekening is hetzelfde, alleen het teken verandert van + in – .

In de praktijk is er ook het belangrijke element van gewicht/massa. Sommigen van jullie hebben waarschijnlijk wel eens te horen gekregen dat ladingen vastzetten zo zwaar is, dat ze helemaal niet kunnen bewegen. En dit is precies waar het probleem ligt, want de massa heeft de eigenschap om zijn huidige toestand te willen handhaven en verzet zich tegen elke verandering met een kracht.

Iedereen kan dit fenomeen zien aan de lopende band van een discountwinkel. De items worden verplaatst telkens wanneer de band vooruit beweegt en vertraagt. Gestapelde boodschappen glijden weg, flessen vallen om of beginnen te rollen. Hetzelfde gebeurt met transport.

Casestudy

Iedereen kan het verband tussen massa en versnelling in de praktijk testen met het volgende voorbeeld.

Fase 1:

Neem een spijker van 120 mm en een hamer van 500 g. Plaats de spijker met de punt op een blok en plaats dan de hamer op de kop van de spijker. Hierdoor drukt de spijker minimaal en onbeduidend in het zachte hout. Als de hamer weer wordt weggehaald, valt de spijker meestal weer om. Vanuit natuurkundig oogpunt is alleen de kracht die het gevolg is van het gewicht van de hamer vermenigvuldigd met de versnelling door de zwaartekracht effectief.

Fase 2:

De beoefenaar zal de hamer optillen, naar de kop van de spijker versnellen en deze hopelijk raken. Deze extra versnelling verhoogt de gegenereerde kracht aanzienlijk:

Kracht (F) = massa (m) * versnelling (a)

Fase 3:

Bij de slag wordt de hamer abrupt afgeremd en de kracht drijft de spijker in het hout. Afhankelijk van de versnelling, het gewicht van de hamer en de wrijving in het hout, zijn er meerdere slagen nodig.

Afhankelijk van de situatie zal de beoefenaar een andere hamer gebruiken om de vereiste kracht te genereren. Natuurlijk is er ook een bepaalde hoeveelheid technologie voor nodig. Iedereen die ooit de “Lukas” heeft geraakt, weet waar ik het over heb.

Dit basisprincipe gaat schuil achter veel situaties in het beveiligen van ladingen. Bijvoorbeeld als een lading niet strak tegen het schot is gestuwd en de vrachtwagenchauffeur moet remmen. De lading beweegt met de huidige snelheid (fase 2) en wordt geactiveerd tijdens het remmen (fase 3) negatief versneld. Hoe groter de snelheid en hoe langer de afstand waarover het vaart kan maken, hoe groter de kracht van de inslag op de voorwand.

Berekening van de energie

In natuurkundige termen wordt dit uitgedrukt met de formule voor het berekenen van energie. Deze formule bevat ook de snelheid in het kwadraat(^V2).

Misschien herinneren sommigen van jullie zich een vraag uit de tijd dat je nog een rijbewijs had: Hoe verandert de remweg als de snelheid verdubbelt?

Antwoord: het verviervoudigt . Dit komt door de snelheid in het kwadraat. Dit betekent dat de energie (botskracht op de voorwand) ook toeneemt met de afgelegde snelheid.

Versnelling en wrijving

Lading beweegt altijd als de versnelling/vertraging groter is dan de wrijving (wrijvingscoëfficiënt µ). Dit betekent dat zolang de versnelling/vertraging kleiner is dan de wrijving tussen de lading en het laadoppervlak, de lading op zijn plaats blijft. Pas als ze groter worden, beweegt de lading schokkerig.

In de regel is er geen sprake van een geleidelijke overgang. Ladingeenheden die dreigen te kantelen, beginnen echter eerst te kantelen en te glijden. Dit kan goed worden aangetoond met wegtesten.

Dit voorbeeld toont duidelijk aan dat antislipmatten alleen slechts een theoretische verbetering zijn voor het beveiligen van de lading. Ze moeten worden aangevuld met extra maatregelen zoals vastsjorren.

Een stapel plastic dozen staat op het laadperron zonder extra beveiliging.

Bij het remmen glijden ze naar voren zonder te kantelen.

Om de lading extra te beveiligen, werden de dozen op antislipmatten geplaatst.

Bij het remmen beginnen ze onmiddellijk te kantelen.

Lading vastzetten naar achteren

Daarom is het belangrijk om te voorkomen dat de lading beweegt. De pasvorm is de eenvoudigste oplossing. Er moet echter worden opgemerkt dat de beweging van de lading in alle richtingen moet worden voorkomen, omdat beweging in de richting van versnelling/vertraging meestal wordt gevolgd door een reactie in de tegenovergestelde richting. Soms wordt het vastzetten van de lading aan de achterkant in twijfel getrokken.

Het grootste deel van deze achterwaartse versnelling komt als reactie op een noodstop (rebound effect), omdat de energie die inherent is aan de lading niet volledig wordt opgebruikt.

Het volgende is een voorbeeld van een test op de weg. De lading weegt ongeveer 1.200 kg, de snelheid ongeveer 25 km/u.

Na een videotijd van 5 seconden remt het voertuig volledig af vanaf 25 km/u en kantelt de lading van 1.200 kg naar voren omdat deze niet positief tegen de traliekast was geplaatst.

Onmiddellijk daarna vindt de beweging (rebound-effect) achterwaarts plaats. Slechts 2 seconden later is de lading bijna volledig gekanteld omdat de kinetische energie niet volledig werd afgevoerd tijdens de noodstop.

Daarom moeten ladingen ook aan de achterkant worden vastgezet.

Bij vrachtwagentransport vindt dit proces – noodstop bij 0,8 g – meestal maar één keer plaats. Tijdens transport per containerschip, dat ook een versnelling van 0,8 g kan bereiken tijdens het rollen, kan deze beweging 2-3 keer per minuut plaatsvinden. Deze permanente versnellingen zijn een van de speciale kenmerken van de container.

Conclusie

De verantwoordelijke lader/stuwadoor moet daarom de specifieke situatie op de vrachtwagen of in de container beoordelen, de krachten inschatten of berekenen en vervolgens de nodige maatregelen nemen. Gatenvullers moeten natuurlijk bestand zijn tegen de permanente belasting. Kartonnen afstandhouders zijn bijvoorbeeld nogal ongeschikt in vochtige omgevingen.

Veiligheidsmaatregelen, in volgorde van effectiviteit, zijn:

1. Voorgevormde opbergruimte
2. Vul gaten op om een strakke pasvorm te creëren
3. Direct vastzetten is ook een vormsluitende methode
4. Combineer direct vastsjorren met antislipmatten
5. Combineer sjorbanden altijd met antislipmatten

Hoogachtend, Sigurd Ehringer

Tobias Kreft