Afbeelding bekijken
Het is het Verenigd Koninkrijk in een test gelukt om met hun laserwapen, DragonFire, drones neer te schieten. Laserwapens zijn veelbelovend om op een goedkope manier drones en raketten te vernietigen.
Bekijk de video.
Opdrachten
In de video wordt kort uitgelegd hoe laserwapens een doelwit neerhalen.
1. Hoe halen laserwapens een doelwit neer?
Wanneer een laserstraal het oppervlak van het doelwit bereikt, verwarmt de laserstraal het oppervlak zo sterk dat het materiaal smelt of zelfs gelijk verdampt.
Bij het neerhalen van een doelwit vinden er in grote lijnen twee energieomzettingen plaats:
- Elektrische energie wordt omgezet in stralingsenergie, ga er in deze opgave vanuit dat het rendement 35% is
- Stralingsenergie wordt omgezet in warmte, ga uit van een rendement van 100%
2. Stel een energiestroomdiagram op van de energieomzettingen.
Een schot kost volgens de video ongeveer 11 euro. We gaan ervan uit dat alleen de kosten aan elektrische worden meegenomen. De inkoopprijs van stroom bedraagt ongeveer 0,10 euro per kWh.
3. Bereken de hoeveelheid elektrische energie die gebruikt wordt voor een schot.
We gaan ervan uit dat een schot 5 seconden duurt. De laser brandt dan voor 5 seconden.
4. Bereken het elektrisch vermogen van het laserwapen in MW.
5. Hoeveel warmte kan daarmee in theorie worden overgebracht naar een object in de lucht?
PLUS Stel: een drone is gemaakt van aluminium. Eerst wordt de warmte gebruikt om de drone vanaf 20 °C te verwarmen tot het smeltpunt, 660 °C. Daarna wordt de warmte gebruikt om het aluminium te smelten.
De opgenomen warmte tijdens het verwarmen kan worden berekend met de formule Qverwarmen = c × m × ΔT. De opgenomen warmte tijdens het smelten kan worden berekend met de formule Qsmelt = rs × m.
De totale opgenomen warmte is dan Qtot = Qverwarmen + Qsmelt = c × m × ΔT + rs × m
Vereenvoudigd: Qtot = (c × ΔT + rs) × m
6. PLUS Bereken hoeveel kg aluminium in theorie gesmolten kan worden met een schot van het laserwapen.
Voor aluminium geldt: c = 0,88 × 103 J kg-1 °C-1 en rs = 0,397 × 106 J kg-1
Extra informatie
Wil je meer weten over onze methodes voor Natuurkunde en NaSk?
Naar website Overal Naar website Pulsar