Kraft, rörelse och arbete HGA

Olika sorters krafter Tyngdkraft - jordens dragningskraft Den elektromagnetiska kraften -verkar mellan elektriskt laddade partiklar Muskelkraft Motorkraft Magnetisk kraft Elastiska krafter Friktionskrafter HGA Anne-Lie Hellström, Christinaskolan, Piteå – www.lektion.se

Isaac Newton 1642-1727 Han var född och verksam i England Han kom på gravitationslagen 1687 kom bokverket Principia ut. I boken förklarade han sina idéer om kraft och rörelse. Isaac ägnade hela sitt liv åt matematik och naturvetenskap. Isaac Newton har gett namn till enheten för kraft – Newton Newtons tre lagar: - Tröghetslagen - Accelerationslagen, F = m . g - action- reaktionslagen HGA

Tröghetslagen (Newtons 1:a lag) Ett föremål vill alltid behålla sin rörelse, både fart och riktning. Det är först när man stör rörelsen som farten eller riktningen ändras Du känner av tröghetslagen när du står upp i en buss HGA

Med hjälp av krafter kan man: Förflytta ett föremål ändra en riktningen på ett föremål i rörelse ändra farten på ett föremål ändra formen på ett föremål HGA

Enheten för kraft heter Newton En newton är tyngden av 100 g HGA

Mäta krafter När man mäter krafter kan man använda en dynamometer. HGA

Skillnaden mellan massa och tyngd Vikt = massa – enhet i kilogram, kg Tyngd = kraft - enhet Newton, N Ex) På Jorden har en astronaut massan 90 kg(900 N) På månen är vikten den samma men tyngden på månen är bara ⅙ 900 / 6 =150 N HGA

HGA

Gravitation mellan två föremål Gravitation finns mellan alla föremål som har massa T.o.m. två små bollar som ligger på ett bord har dragningskraft mot varandra. De dras dock inte mot varandra eftersom friktionskraften mot bordet är större än dragningskraften Gravitationen beror alltså på massans storlek och avståndet mellan föremålen HGA

HGA

Krafter och kraftpilar HGA

HGA

Krafternas resultant Två krafter med samma riktning adderas Resultanten är 5 N med riktning åt höger Två krafter med motsatt riktning subtraheras Resultanten är 1 N med riktning åt vänster Två krafter med olika riktning 3N 2N 3N 2N F1 Man ritar ett parallellogram med krafterna som sidor. Diagonalen i parallellogramet blir då resultant R F2 HGA

HGA

Jämvikt – kraft och motkraft En kraft är aldrig ensam – till en kraft finns alltid en lika stor motkraft, som verkar åt motsatt håll Klotet påverkas av tyngdkraften FT och normalkraften FN Den resulterande kraften är noll, föremålet är i jämvikt och ligger därför still. FN FT HGA

Rörelse Accelererad rörelse(olikformad rörelse) - Hastigheten ökar Retarderad rörelse(olikformad rörelse) - Hastigheten minskar, bromsas Likformig rörelse - Samma hasighet hela tiden HGA

Fritt fall Ett föremål som faller fritt från ett högt föremål accelererar hela tiden. Hastigheten ökar med 10 m/s för varje sekund Accelerationen orsakas av jordens dragningskraft och kallas för tyngdacceleration och betecknas med bokstaven g Storleken av g är ungefär 9,81 m/s2 vid jordens yta. Vid enkla beräkningar använder vi g = 10 m/s2 HGA

Kaströrelse Kaströrelser har alltid formen av en parabel Det längsta kastet uppnås om kraften är stor och utkastvinkeln är 45o HGA

Central rörelse Rörelser runt en punkt kallas för central rörelse Den kraft som påverkar ett föremål med central rörelse kallas för centripetalkraft och är riktad inåt Planeterna hålls kvar i sina banor pga gravitationen mellan solen och planeterna. Detta är en centripetalkraft När man åker i en karusell känns det som man håller på att åka ut från centrum av karusellen. Detta beror på centrifugalkraften som är en skenkraft- en tröghetskraft HGA

För att satelliter och raketer ska få rätt riktning i rymden krävs att man räknar mycket exakt på riktning och hastighet när man skjuter upp den HGA

Arbete Inom fysiken utför man ett arbete endast när man förflyttar ett föremål i kraftens riktning Arbete = kraft x sträcka Kraft mäts i Newton(N) och sträcka i meter(m) Enheten för arbete blir därför Newtonmeter(Nm) HGA

Mekanikens gyllenen regel Flera av de enkla maskinerna bygger på denna princip ” Det man vinner i kraft förlorar man i väg”

Lutande planet Det lutande planet bygger på mekanikens gyllene regel. Det man vinner i kraft förlorar man i väg.

Olika hävstänger Enarmade hävstänger Tvåarmade hävstänger Gungbrädan

Gungbrädan-en tvåarmad hävstång Fästet på gungbrädet kallas för vridningspunkt Avståndet från vridningspunkten till tyngden kallas för hävarm(i bilden L) Om man multiplicerar hävarm med tyngd(kraft) på båda sidorna om vridningspunkten kan man undersöka om gungbrädet är i jämvikt Genom en längre hävarm kan man alltså spara kraft Ex) 800 N x L = 300 N x 2 m L = 600 / 800 = 0,75 m HGA

Mekanisk energi Det finns två olika former av mekanisk energi Läges energi(potentiell energi) Lägesenergin = tyngd(N) x höjd(m) Enheten är Newtonmeter(Nm) Rörelseenergi(kinetisk energi) Lägesenergin omvandlas till rörelseenergi när ett föremål faller HGA

Effekt För att visa hur snabbt ett arbete utförs använder vi begreppet effekt Effekt är arbete per tidsenhet Effekt = Arbete/Tid Enheten för effekt är Newtonmeter per sekund(Nm/s) Enheten Nm/s är densamma som enheten Watt 1 Nm/s = 1 W HGA

Verkningsgrad Den energi man drar nytta av i förhållande till den man har tillfört kallas för verkningsgrad Verkningsgrad = nyttig energi / tillförd energi Verkningsgraden anges i ett tal mellan 0 – 1 eller i procent. Ex) När man kör sin bil försvinner en hel del energi i form av värme, ljud och ljus. All energi från bensinen blir alltså inte rörelse. En bil har t.ex. en verkningsgrad på ca 30 % HGA