Energi & effekt

Question 1

R1 - energi & effekt

vad är krafter?
ge exempelpå krafter?

Answer 1

Krafter
En kraft kan ändra ett föremåls rörelse eller ge upphov till ett tryck.

Exempel på krafter
Gravitation
Friktion (glidfriktion, rullfriktion, luftmotstånd)
Magnetiska krafter
Elektrostatiska krafter
Starka och svaga kärnkrafter

Question 2

R2 - energi och effekt

förklara tröghetslagen?

Answer 2

Tröghetslagen (Newtons första rörelselag)
Ett föremål befinner sig i vila eller likformig rörelse till dess att en yttre kraft påverkar föremålet.

Kraft mäts i Newton (N). Kraft kan mätas med t ex en dynamometer.

Question 3

R3 - energi och effekt

vad är tyngd och vikt?
vad är skillnaden?

Answer 3

Tyngd och vikt är olika saker
Tyngd är en kraft som uppkommer på grund av gravitationen
Vikt är ett mått på ett föremåls massa (hur många atomer föremålet består av)
Gravitationen på Jorden är ca 10 N/Kg, gravitationen på Månen är ca 1,6 N/Kg

Question 4

R4 - energi och effekt

vad är tyngdacceleration

Answer 4

Tyngdacceleration
Tyngdacceleration ger upphov till en ökande fart om man t ex släpper ett föremål från ett tak.
Tyngdaccelerationen på Jorden är ca 10 m/s2, Tyngdaccelerationen på Månen är ca 1,6 m/s2.
Tyngdacceleration betecknas med bokstaven lilla a.

Question 5

R5 - energi och effekt

vad är fritt fall?

Answer 5

Fritt fall
Om man släpper ett föremål från ett tak på Jorden, ökar farten med 10 m/s varje sekund.
Sambandet v=a·t kan användas för att beräkna farten efter en viss tid.
För att kunna räkna på detta sätt måste vi bortse från luftmotståndet.
Vi räknar fortsättningsvis som om det inte fanns något luftmotstånd.

Tabell Fritt fall (metod 1)

Tid (s)

Fart (m/s)

Medelfart (m/s)

Fallsträcka (m)

0

0

0

0

1

10

5

5

2

20

15

15+5 = 20

3

30

25

25+20 = 45

4

40

35

35+45 = 80

Ett snabbare sätt att beräkna fallsträckan är att använda sambandet: s = a · t2 / 2

Tabell med sambandet använt (metod 2)

Tid (s)

Beräkning

0

10 · 02 / 2 = 0

1

10 · 12 / 2 = 5

2

10 · 22 / 2 = 20

3

10 · 32 / 2 = 45

4

10 · 42 / 2 = 80

Ju större värdet för tiden är desto effektivare är metod 2 i jämförelse med metod 1.

Exempel1 Ville släpper ett mynt från Eiffeltornet som slår i marken efter 7 sekunder.
Hur högt upp i tornet var Ville när han släppte myntet?

Lösning s = a · t2 / 2 = 10 · 72 / 2 = 10 · 49 / 2 = 490 / 2 = 245 m

Exempel 2 En månlandare är på väg mot månen. När det är 300 m kvar lossnar en bult
från månlandaren. Hur lång tid tar det innan bulten slår i månytan?

Lösning s = a · t2 / 2

a · t2 / 2 = s			(vänder på uttrycket eftersom vi söker t)

2 · a · t2 / 2 = s · 2		(multiplicera båda sidor med 2)

a · t2 = 2s			(förenklar)

a · t2 / a = 2s / a		(dividerar båda sidor med a)

t2 = 2s / a			(förenklar)

√(t2) = √(2s / a)		(drar roten ur på båda sidor)

t = √(2s / a) 			(förenklar)

t = √(2 · 300 / 1,6) = √(600/1,6) = √(375) ≈ 19,4 s (sätter in värden och beräknar)

Question 6

R6 - energi och effekt

förklara kaströrelse?

Answer 6

Kaströrelse

En kaströrelse består av två olika rörelser. En horisontell som har konstant fart (s = v · t) och
en vertikal som är fritt fall (s = a · t2 / 2).

Exempel3 En kanon skjuter ut en kanonkula horisontellt från en höjd av 20 m.
Kanonkulan lämnar kanonen med farten 400 m/s.
Hur långt bort slår kanonkulan i marken?

Lösning Först måste vi räkna ut hur länge kanonkulan är i luften.
Vi tittar då på den vertikala rörelsen.

s = a · t2 / 2

t = √(2s / a) 			(som vi såg i exempel2)

t = √(2 · 20 / 10) = √(40 / 10) = √(4) = 2s	(sätter in värden och beräknar)

Sedan beräknar vi hur långt kulan hinner horisontellt på denna tid.

s = v · t = 400 m/s · 2 s = 800 m

Question 7

R7 - energi och effekt

vad är arbete?

Answer 7

Arbete
Fysikaliskt arbete utförs när man måste övervinna en kraft (t ex gravitationen).
Arbete betecknas med bokstaven W och mäts i enheten Nm.

W = F · s (arbetet = kraften · sträckan)

Att bära en jättetung väska på samma höjd är inget fysikaliskt arbete.
Om man däremot lyfter upp väskan utförs ett arbete.

Exempel 4 Jenny släpar en säck potatis (friktionen är 200N) till sin bil som står 15 m bort.
Där lyfter hon upp säcken (som väger 50 kg) på flaket som är 1,2 m högt.
Hur stort arbete utför Jenny?

Lösning Arbetet består av två delar, släpa säcken och lyfta säcken.

Släpa säcken: W = F · s = 200 N · 15 m = 3000 Nm.

Lyfta säcken: W = F · s = 500 N · 1,2 m = 600 Nm.

Totalt arbete: 3000 Nm + 600 Nm = 3600 Nm.

Question 8

R8 - energi och effekt

vad är mekanikens gyllene regel

Answer 8

Mekanikens gyllene regel
Det man vinner i kraft förloras i väg.

En bil som kör uppför en mycket brant backe behöver mycket kraft från motorn men kommer till toppen efter en kort sträcka. En annan bil kör till samma topp men använder en lång väg med mindre lutning. Om bilarna väger lika mycket och höjdskillnaden är densamma kommer båda bilar att ha utfört samma arbete. För den första bilen är kraften stor men vägen (sträckan) kort.
För den andra bilen är kraften liten men vägen lång.

Detta används i olika verktyg, t ex: tången, skruven och kilen.

Att använda ett lutande plan för att t ex få upp en tung spis på ett flak är också ett exempel på hur man utnyttjar mekanikens gyllene regel.

Question 9

R9 - energi och effekt

vad är hävstångslagen?

Answer 9

Hävstångslagen
Vänster Kraft · Vänster Hävarm = Höger Kraft · Höger Hävarm

Kan förkortas: VK · VH = HK · HH

Exempel5 Pappa tyngd är 1000 N och han sitter 1 m från mitten på en gunga.
Hans son har tyngden 200 N.
Var ska sonen sitta för att det ska bli balans?

Lösning VK · VH = HK · HH

VH = HK · HH / VK		(efter division med VK på båda sidor)

VH = 1000 N · 1 m / 200 N = 5 m	(sätter in värden och beräknar)

Question 10

R10 - energi och effekt

förklara effekt?

Answer 10

Effekt
Man kan säga att effekt beskriver hur effektivt ett arbete utförs.
Effekt betecknas med bokstaven P och mäts i enheten watt (W).

P = W / t

Effekten = Arbetet / Tiden

Exempel 6 Lina väger 40 kg. Hon klättrar upp till 5:ans hopptorn i simhallen.
Det tar henne en halvminut att klättra upp.
Hur stor effekt utvecklar Lina under klättringen?

Lösning P = W / t (men vi vet inte arbetet)
W = F · s (men vi vet inte kraften)
F = m · g (nu kan vi räkna)
P = W / t = F · s / t = m · g · s / t = 40 kg · 10 N/kg · 5 m / 30s ≈ 67 J

Question 11

R11 - energioch effekt

vad är elektrisk effekt?

Answer 11

Elektrisk effekt beräknas på annat sätt

P = U · I

Effekten = Spänningen · Strömmen

Exempel 7 En elmotor drivs med 220 v. Hur stor är motorns effekt om det
flyter 3 A ström genom motorn?

Lösning P = U · I = 220 V · 3 A = 660 W

Question 12

R12 - energi och effekt

vad är lägesenergi?
hur beräknar man det?

Answer 12

Lägesenergi

Lägesenergi kallas också potentiell energi.
Energi betecknas med E och mäts i enheten joule (J).

Ep = m · g · h

Exempel 8 Lina väger 40 kg. Hon klättrar upp till 5:ans hopptorn i simhallen.
Hur mycket energi går åt till klättringen?

Lösning Ep = m · g · h = 40 kg · 10 N/kg · 5 m = 2000 J

Question 13

R13 - energi och effekt?

förklara rörelsenergi?
hur beräknar man det?

Answer 13

Rörelseenergi

Rörelseenergi kallas också kinetisk energi.

Ek = m · v2 / 2

Rörelseenergin = massan · farten2 / 2

Exempel 9 Lina väger 40 kg. Hon hoppar från 5:ans hopptorn.
Hur stor är hennes rörelseenergi när hon slår i vattnet?

Lösning Ek = m · v2 / 2 (men vi vet inte farten)
v = a · t (men vi vet inte tiden)
t = √(2 · s / a) (se exempel 2, nu kan vi räkna)
t = √(2 · 5 m / 10 m/s2) = 1 s
v = 10 m/s2 · 1 s = 10 m / s
Ek = 40 kg · 102 m/s2 / 2 = 40 · 100 / 2 J = 2000 J

Som du kan se är det exakt lika mycket rörelseenergi som det var lägesenergi i exempel 8.
Det är för att all lägesenergi nu omvandlats till rörelseenergi.