Een chinees kompas, ook wel differentieel genoemd is een systeem dat ervoor zorgt dat je altijd dezelfde kant uit wijst.
Wanneer je rechtdoor rondrijdt dan draait zowel het linker als het rechterwiel even snel. Als je echter door een bocht gaat dan draait een wiel sneller dan het andere. Een chinees kompas gebruikt dit verschil en draait zichzelf hierop rond. Dus wanneer de wielsnelheid niet gelijk is dan draait het kompas en wel in precies tegenovergestelde richting. Zo blijf je dus altijd dezelfde richting op wijzen.
Een concentrator wordt gebruikt om licht te bundelen naar 1 punt. In dat punt wordt het dan ontzetten heet. Ik denk dat iedereen het wel weet dat, als je hem recht in de zon houd, je met de vergroot lenzen, die vaak thuis liggen, papier in de brand kan steken. Dit komt door dat al het zon licht dat op de lens val wordt gebundeld naar één punt. Hoe groter de lens hoe sneller het papier brandt.
Dat is ook wat wij willen met onze stirlingmotor, heel veel licht op één punt. Dit kan met een heel grote lens maar die zijn te zwaar en veel te duur. Gelukkig zijn er een aantal alternatieven op de markt.
Fresnel lens: De fresnel lens is bijna het zelfde als een gewone lens alleen is hij veel platter. Hier door veel lichter en tegenwoordig kunnen ze de lenzen van PPMA maken. PPMA is een doorzichtig plastiek en heel goedkoop vergeleken glas
Parabolische spiegel: Een parabolische spiegel is gewoon een spiegel die in een drie dimensionaal parabool is gebogen. Het is een soort kom. De eigenschap van een spiegel is dat hij het zon licht weerkaatst en de eigenschap van een parabolische spiegel is dat hij als naar één punt weerkaatst.
Parabolische fresnel lens en CPC: Dit zijn twee concentraatoren die het licht niet naar een punt buigen / weerkaatsten maar naar een vlek. De temperatuur wordt daardoor niet zo hoog en is daarom erg geschikt om bijvoorbeeld in combinatie met een zonnepaneel te gebruiken (zonnepanelen kunnen niet tegen extreem hoge temperaturen) maar daardoor zijn deze twee opties voor ons afgevallen. Wat wel een handige bijkomstigheid is, is dat deze concentrators minder van richting van het zonlicht afhankelijk zijn.
TIR-R: Dit is het nieuwste lens type. Hij is minder afhankelijk van de richting van het zonlicht dan de normale lens en de parabolische spiegel en concentreert het zonlicht tot 1000 x. Dit is op zich voor ons een perfecte concentrator ware het niet dat deze lenzen eigenlijk nog niet op de markt zijn en zijn ontwikkeld voor micro zonnecellen. Het is dus helemaal niet duidelijk of het überhaupt voor onze zonnewagen zou kunnen werken.
Da Vinci plein
Te midden van de onlangs geheel vernieuwde onderwijsruimtes en laboratoria van de opleiding Technische Natuurkunde (TN) van de Fontys Hogeschool Toegepaste Natuurwetenschappen (TNW) bevindt zich het Da Vinci-plein. Een open ruimte waar TN-studenten elkaar kunnen ontmoeten en kunnen werken. Deze ruimte wordt door middel van twee kunstprojecten omgevormd tot een inspirerend fysicaplein.
De renaissance kunstenaar Da Vinci inspireert tot op de dag van vandaag kunstenaars en wetenschappers. Studenten, begeleiders, scholieren en een kunstenaar laten zich bij dit kunstproject, waarbij de vakgebieden van technische natuurkunde aan de orde komen, inspireren door de uitvindersmentaliteit van Da Vinci.
Wat is eigenlijk draaien en frezen en waar wordt het voor gebruikt? Nou je kunt er in ieder geval een stirlingmotertje van bouwen! De onderdelen van het prototype stirlingmotortje wat wij gebouwd hebben zijn namelijk gemaakt m.b.v. draaien en frezen. Wanneer je ergens iets ziet wat van staal o.i.d. gemaakt is is de kans groot dat hieraan gedraait of gefreest is. Draaien en frezen zijn beide verspanende bewerkingen (net zoals bijvoorbeeld boren overigens). Het komt erop neer dat je met een machine stukjes materiaal met een beitel(draaien) of een frees(frezen) verwijderd van een brok metaalachtig materiaal (of alluminium, brons, messing, etc).
Draaien
De meeste ronde/cilindervormige materialen zijn gedraait. Het materiaal waarmee je begint heeft normaalgesproken de vorm van een cilinder. Je ‘spant het materiaal in’ in de drieklauw (zie foto*) van de draaibank.
Wanneer je de draaibank aanzet gaat het kopgedeelte(waar de drieklauw met het werkstuk- het uitgangsmateriaal van dat wat je wilt maken- inzit) ronddraaien. Wanneer je met de beitel tegen het ronddraaiende werkstuk aankomt ‘schraap’ je (verspaan je) materiaal van het werkstuk waardoor deze een andere vorm krijgt.
Met verschillende soorten beitels kun je verschillende bewerkingen uitvoeren. Je kunt bijvoorbeeld hoeken aan de cilinder draaien of de diameter veranderen.
Frezen
Ook bij frezen verwijder je materiaal van een stuk materiaal alleen nu draait niet je werkstuk (zoals met draaien) maar de frees (die materiaal van het werkstuk afhaald). Het voordeel is dat je werkstuk niet persee rond hoeft te zijn.
Draaien als frezen zijn bewerkingen die je leert bij de opleiding werktuigbouwkunde.
Faethon
Faethon, zoon van Appolo, de zonnegod, mag de zonnewagen van zijn vader één dag te regeren. Hij bederft de wereld en wordt door Zeus neergebliksemd in de Eridanus (de Po).
Faethon is een zonnewagen, waarbij de energie wordt opgewekt door een zonnevolgsysteem. Met deze energie wordt vervolgens een stirlingmotor aangedreven die voor verplaatsing van de wagen zorgt. Het project dient afgerond te zijn in de zomer van 2007. Het eindproduct zal gepresenteerd worden in Vinci, Italië.
Een Ross Yoke is een speciale overbrenging binnen een stirling motor die zijwaardse wrijving tegen gaat. Zoals de animatie hiernaast laat zien van Matt Keveney werkt de stirling motor via een speciale overbrenging onder. Hierdoor is er haast geen verandering in de hoek van de verticale verbindingsstukken en worden de zuigers dus niet schuin geduwd in de buis wat zijwaardse wrijving voorkomt.
Stirling motor
De Stirlingmotor is uitgevonden door de schotse dominee Robert Stirling in 1816. In de begin jaren van de stoommachine vonden er veel ongelukken plaats met exploderende ketels. Dit had als gevolg dat veel arbeiders gewond en of verminkt raakte. Robert Stirling maakte zich hierover zorgen. Hij begon toen een bestaand type luchtmotor te verbeteren. Dit was een veiliger alternatief omdat hier geen ketels aan te pas kwamen en de druk waarop de motor draaide veel lager was. Het basisprincipe van de Stirling motor is dat wanneer een gas wordt verhit het uitzet en wanneer het afkoelt het weer inkrimpt. Wanneer men een vast volume gas in een cilinder opwarmt zal de druk toenemen. Als men nu een zuiger aan de onderkant van de cilinder plaatst, zal de zuiger door de toegenomen druk zich naar benenden bewegen. Wanner men nu het gas in de cilinder weer afkoelt zal de druk afnemen en beweegt de zuiger zich weer omhoog. Op deze manier kun je warmte energie omzetten naar bewegingsenergie. De Stirling motor is een externe verbrandingsmotor. Het kan op iedere warmtebron draaien, zelfs op zonne of aardwarmte.
Er bestaan verschillende type Stirling motors. De drie belangrijkste zijn:
Schematische weergave van de Stirlingcyclus in 4 stappen:
In het begin is de verdringingszuiger in de warme ruimte en bevindt de arbeidszuiger zich in de koude ruimte. Het gas is in de koudste ruimte en heeft een lage druk. De arbeidszuiger beweegt naar boven en comprimeert het koude gas.
De verdringingszuiger begint naar beneden te bewegen. Het gas wordt verplaatst van de koude naar de warmere ruimte.
Het gas wordt verwarmd. Zijn druk neemt toe (constant volume). De arbeidszuiger verplaatst zich naar beneden.
De verdringingszuiger beweegt daarna naar boven. Het gas wordt verplaatst van de warme naar de koude ruimte.
Technische Natuurkunde
Technische Natuurkunde houdt zich bezig met toepassingen van de natuurkunde in de techniek.
Natuurkunde is al erg breed, denk maar aan de vakgebieden elektriciteitsleer, optica, geluid, mechanica, warmteleer, atoom- en kern-fysica etc.
De toepassingen binnen elk vakgebied zijn ook nog eens zeer uiteenlopend. Denk bijvoorbeeld alleen al bij geluid aan toepassingen als: beheersing van het verkeerslawaai, ontwikkelingen van
3D surround, geluidsreductie bij machines, spraakherkenning, echoscopie en ultrasoon schoonmaken.
Je kunt je dus wel voorstellen dat er talloze beroepsmogelijkheden zijn met deze opleiding.
Vaak ben je dan bezig aan het front van allerlei technische vernieuwingen.
Kenmerkend is dat je hierbij toch telkens teruggrijpt naar de fundamentele kennis en vaardigheden uit de natuurkunde. Daar maak je dan ook in ruime mate kennis mee in de opleiding. Tijdens je stage en het afstuderen kun je het geleerde al goed in praktijk brengen.
De Via Da Vinci is de weg van Da Vinci: een weg van experimenteren, creativiteit, ontwikkeling, vooruitgang. Diverse worden uitgenodigd de weg telkens met ongeveer een meter techniek en kunstzinnigheid te verlengen.
Studenten, scholieren, docenten en kunstenaars zullen ‘meters techniek’ gaan ontwerpen en bouwen. Zoveel mogelijk aspecten van technische natuurkunde zullen hierbij aan bod komen. De ontwerpen worden gerealiseerd in samenwerking met de technische instituten van Fontys Hogescholen.
