Natuurkunde opgave over [Fierljeppen]

Naar aanleiding van een artikel in het NRC Handelsblad wordt de volgende oefening het in het blad Exaktueel (voor natuurkunde leraren) geplaatst.

Antwoorden kunnen opgestuurd worden naar Pieter Hielema. Over een week of twee worden de juiste antwoorden gepubliceerd en maken we de winnaar bekend.

NRC Handelsblad van 12 juli 2004

Navraag bij de Polsstokbond Holland (www.pbholland.com) levert dat de massa van een polsstok gemiddeld 30 kg is. In de volgende opgaven nemen we aan dat de [ljepper] 70 kg weegt. De massa van de polsstok is dus niet verwaarloosbaar.
Neem eerst even aan dat de [ljepper] niet omhoog klimt tijdens de sprong.
Ga er in de volgende opgaven van uit dat het zwaartepunt van de springer zich ter hoogte van zijn navel bevindt.
b/ Geef in de figuur de zwaartepunten aan van de springer en van de polsstok. Doe dit voor de situatie net na de insprong en op het hoogste punt. Bedenk dat de springer in de figuur op het hoogste punt waarschijnlijk al omhoog geklommen is, je mag hier dus niet uitgaan van de getekende springer.
c/ Bepaal uit de hoogtetoename van de zwaartepunten de minimale aanloopsnelheid die [ljepper] moet hebben om tijdens de sprong niet terug te vallen.

Ga er nu vanuit dat de [ljepper] wel langs de polsstok omhoog klimt tijdens de sprong.
Tijdens het eerste gedeelte van de sprong wordt de snelheid van de springer steeds kleiner totdat hij het dode punt bereikt. Doordat hij omhoogklimt versterkt hij dit nog eens: de snelheid neemt dus sneller af.
d/ Leg uit hoe dit komt. Gebruik in je antwoord de begrippen kinetische energie en hoeksnelheid.
e/ Moet zijn aanloopsnelheid dan hetzelfde, groter of kleiner zijn in vergelijking met de snelheid die je bij vraag c hebt bepaald?
f/ Leg uit waarom de aanloopsnelheid ook weer niet té groot mag zijn.
g/ Maak een overzicht voor beginnende [fierljepper]s waarin je aangeeft wat er fout gaat als
• de aanloopsnelheid te klein is
• de aanloopsnelheid te groot is
• je vroeg begint met klimmen
• je te laat begint met klimmen
• je snel klimt
• je te langzaam klimt

Tot nu toe is geen rekening gehouden met de weerstand van het water. Deze mag echter niet verwaarloosd worden.
h/ Leg uit wat dit betekent voor de aanloopsnelheid in vergelijking met het antwoord van vraag c.

Dank zij de weerstand van het water springen [fierljepper]s verder. Daarom zijn zij altijd op zoek naar de maximaal toegestane diepte van 2 meter.

i/ Leg uit zo goed mogelijk uit waarom dit zo is.

Antwoorden kunnen opgestuurd worden naar Pieter Hielema. Over een week of twee worden de juiste antwoorden gepubliceerd en maken we de winnaar bekend.