Repetition Mekaniskt arbete och effekt De enkla maskinerna

Repetition Mekaniskt arbete och effekt

De enkla maskinerna • • Det finns sex enkla maskiner: lutandeplanet kilen Skruven Hävstången Hjulet blocket

Gamla maskiner • Man vet inte när dessa maskiner uppfanns men de har funnits väldigt länge. • Kilen är troligtvis äldst. Man har funnit fynd som är 250 000 år gamla. • Lutandeplanet användes troligen vid bygget av pyramiderna för 5000 år sedan.

Gamla maskiner • I den gamla staden UR i Mesopotanien har man hittat hjulliknande föremål från 4 -5000 år f. kr. • Arkimedes 287 -212 f. kr. kände till både hävstången och skruven. (samt alla andra) • Skruven och block och talja är troligen de yngsta uppfinningarna.

Mekanikens gyllene regel • De enkla maskinerna bygger alla på samma princip: • ”Det man vinner i kraft förlorar man i väg”.

Skruven och lutande planet

Block och talja

Hävstång och balansbräda

Ex problem • Sara vill gunga på en gungbräda med sin pappa. Sara väger 25 kg och sitter 3 meter från vridningspunkten. Saras pappa väger 75 kg. Hur långt från vridningspunkten ska han sitta för att gungbrädan ska väga jämnt?

Lösningsförslag • F 1 x l 1 =F 2 x l 2 • 250 N x 3 m = 750 N x 1 m 750 Nm = 750 Nm • Pappan ska sitta 1 m från vridningspunkten.

De enkla maskinerna är kraftförstärkare • De enkla maskinerna bygger på olika typer av kraftförstärkning. • Det kan innebära en längre sträcka men mindre kraft behövs.

Definitionen för arbete • Ett mekaniskt arbete utförs när • En kraft övervinns (t. ex. tyngdkraften) • En förflyttning sker samtidigt

När utförs ett arbete • A. En resväska lyft 20 cm över marken och bärs 20 m till en taxi. • B. En resväska lyfts ned från rullbandet. • C. En resväska lyfts 60 cm till bagageluckan på taxin. • D Resväskan dras på sina hjul 20 meter till en dörr • Rätt svar: • C och D

Hur stort är arbetet? • En resväska väger 20 kg och lyfts upp 50 cm till bagageluckan på en taxi. • W= F · s • = 200 N · 0, 5 m • = 100 Nm • Svar: arbetet som utförs är 100 Nm

• Person B utför arbetet 600 Nm när han lyfter upp vagnen 2 meter. • Person A drar upp en lika tung vagn som B. Hur mycket väger vagnarna? (Bortse från människornas vikt)

Lösningsförslag • W = F ∙S sträckan är 2 m och arbetet 600 Nm • 600 Nm = F ∙ 2 m • 600 Nm/2 m = 300 N • 300 N/10 = 30 kg • Svar: vagnarna väger 30 kg

Energi = lagrat arbete • Ett föremål får lägesenergi när det lyfts upp till en högre höjd. • Lägesenergin är lika stort som arbetet att lyfta upp föremålet. • Arbete mäts i Nm och energi i joule • 1 Nm = 1 joule (J)

Ex arbete och lägesenergi • Hur stor lägesenergi har en människa (50 kg) fått när den åker hiss upp till 4: e våningen (8 m) • Arbetet W =F · s W=500 N · 8 m W= 4000 Nm = Lägesenergi • Svar: Personen har fått lägesenergin 4000 joule

Rörelseenergi • När ett föremål lyfts upp till en högre höjd har det fått lika mycket lägesenergi som arbetet att lyfta upp föremålet. • Lägesenergi kan omvandlas till rörelseenergi.

problem • Hur mycket rörelseenergi har ett föremål när det fallit ned 2 m? Föremålet väger 2 kg och har lyfts upp till en höjd av 8 m. • W = F∙s • = 20 N· 8 m =160 NM = 160 J • När det har fallit 2 m har den läges energin 20· 6 m=120 J alltså är rörelseenergin 160 J 120 J = 40 J Svar: Rörelseenergin är 40 joule efter att den har fallit 2 meter • (När den träffar marken har alla lägesenergi omvandlats till rörelseenergi)

Effekt • Beskriver hur effektivt arbetet är. W arbete • P =--------------= J/s = watt (W) t sekunder

Problem • Hur många hästkrafter har motorcyklarna? Vikt 250 kg De kör upp för backarna och når en höjd 500 m ö. h. • Motorcykel A kör sträckan på 60 s Motorcykel b kör sträckan på 100 s • 1 hkr = 736 W • Arbetet är lika stort A =F·s 2500 N ∙ 500 m =1250 000 NM =1250 000 (J) • P = A/t (arbete/sekunder) • Mc A: P= 1250 000 J/60 =20833 W/ 736 ≈ 28 hkr • Mc B: P = 1250 000 J/100 s =12500 W/ 736 ≈17 hkr

energiprincipen • ”Energi kan aldrig förstöras eller nyskapas, energi kan bara omvandlas mellan olika energiformer” • Till slut omvandlas all energi till värmeenergi.

Problem • Beskriv de energi omvandlingar som sker när en lastbil (8 ton) kör upp ett lass snö (16 ton) till toppen av Hammarbybacken 187 m ö. h.

Lösningsförslag • Lastbilen drivs av diesel. Diesel framställs ur olja. Oljan kommer från förmultnade växter. Energin som gjorde att växterna växte upp kom från solen via strålningsenergi och lagrades i växterna med hjälp av fotosyntesen. När växterna förmultnade och efter årtusenden omvandlats till olja har energin omvandlats till kemisk energi. Ur oljan framställs diesel, ett fossilt bränsle. Med hjälp av en motor kan dieseln omvandlas till rörelseenergi. När lastbilen kör upp till toppen omvandlas rörelse energin till lägesenergi. Snön har nu fått lägesenergin (16000 kg· 10 ∙ 187 m) =29920 k. J. När våren kommer och solen smälter snön omvandlas snön till vatten. När vattnet har runnit ned för backen har all lägesenergi omvandlats till rörelseenergi.

• Strålningsenergi från solen • Kemisk energi i växterna • Kemisk energi i oljan • Kemisk energi i dieseln • Rörelseenergi i motorn (en del av energin blir värmeenergi) • Arbete att köra upp • Lägesenergi vid toppen • Rörelseenergi när allt snö smält. • Vatten dunstar pga värme • Får lägesenergi i molnen • Rörelseenergi när det regnar osv…

För att nå E • Redogöra för enkla maskiner • Mekanikens gyllene regel • Definitionen för arbete • Beräkna arbete • Skilja på lägesenergi och rörelseenergi • Beräkna effekt

För högre betyg • • Svårare beräkningar av arbete och effekt Korrekta redovisningar (t. ex. enheter) Energiprincipen Energiomvandlingar

Testa dig själv • 9: 1 sid 256 och 9: 2 sid 260 • Sammanfattning sid 268 • Finalen, alla uppgifter som inte har med elektricitet att göra. • 11: 1 sid 309 1, 2, 3, 8