Fag
Fysik, matematik
Titel
Skibsmodstand
Indhold
Teori om fluid mekanik, forsøg med skibsmodeller i vandkar, modeller uden og med bulb, skalering til fuldskalaskib
Stikord
Viskøs modstand, bølgemodstand, (Reynoldskalering, Froudeskalering), konstruktiv og destruktiv interferens, konstruktion uden og med bulb, bølgemodstandens gennemsnitlige potensafhængighed ved avanceret dataanalyse
Udfordring
Kan eleven frafiltrere interferensdelen af bølgemodstanden og derved nå frem til en beskrivelse af den "bærende" potens i afhængigheden?
Udstyr
På gymnasiet: Vandkar (15 cm x 1 m x 2,22 m) af spånplade og havebassinspresenning, skibsmodel (evt LEGO), modellervoks til bulb, tænketrisse (smart pulley) til computer, dataopsamlingsprogram (datalyse, FPro, science workshop?, LoggerPro?)
Baggrundsmateriale
Noter nedenfor, se i øvrigt T. Amtrup, A. Johansen og O. Trinhammer: Vand - under overfladen, Gyldendal
Diverse links
Tilknytning til DTU - forskning
Skibe, Kyster og Konstruktioner - Institut for Mekanisk Teknologi - DTU Mekanik
Problemer
LEGO forhandler et lovlig storr modelskib (60 cm) i forhold til dimensionerne af karret ovenfor. Måske kan en mindre skaffes, som den, der er fotograferet i noterne nedenfor (25 cm). Der skulle helst ikke gå for lang tid med bygning af skibsmodellen. Karret af spånplade er hurtigere at skrue sammen, end man skulle tro.
Matematikken kommer - for matematiklæreren - først rigtigt i spil, når man skal til at frafiltrere interferensdelen. Måske kunne man forenkle teorien bag dimensionsanalysen til fuldskala ved at udelade skalering af massefylde fra ferskvand til saltvand, eller man kunne helt overspringe skalering til fuldskala, så eleven kunne koncentrere sig om frafiltrering af interferensdelen og matematiklæreren derved kunne komme tidligere på banen. I noterne nedenfor er skalering forklaret uden skalering af massefylde og viskositet.
Kommentarer
Der er en pædagogisk opgave for DTU i at gøre det klart, at skibsmodstand IKKE går som hastighedskvadratet. Dette skrives ellers i mange gymnasielærebøger, og man beskriver eventuelt forsøg i tagrender til demonstration af fænomenet. Men tagrender er så smalle, at man ødelægger det interessante ved skibsmodstand, nemlig bølgemodstanden. Der er ikke "plads" til et realistisk bølgemønster bag skibet i tagrenden. Man mister derved muligheden for at indse ideen i bulb-konstruktionen på moderne skibe. Ifølge Christian Aage, Institut for Skibs- og Havteknik, er bølgemodstandens bærende potens i øvrigt meget større end 2. Nærmere 4 eller 6. Dette kan bekræftes ved frafiltrering af bølgemodstandens interferensdel. Christian Aage er nu pensioneret
DTU's bidrag
Ideen blev behandlet på workshop med gymnasielærere. Problemformuleringer derfra.