Mekaniskt arbete och effekt 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 75kg. Hur långt från vridningspunkten ska han sitta för att gungbrädan ska väga jämnt?

Lösningsförslag F1 x l1 =F2 x l2 250N x 3m = 750N x 1m 750Nm = 750Nm 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 20cm över marken och bärs 20m till en taxi. B. En resväska lyfts ned från rullbandet. C. En resväska lyfts 60cm 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 = 200N · 0,5 m = 100 Nm Svar: arbetet som utförs är 100Nm

Person B utför arbetet 600Nm 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 2m och arbetet 600Nm 600Nm = F ∙ 2m 600Nm/2m = 300 N 300N/10 = 30kg Svar: vagnarna väger 30kg

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 1Nm = 1 joule (J)

Ex arbete och lägesenergi Hur stor lägesenergi har en människa (50kg) fått när den åker hiss upp till 4:e våningen (8m) Arbetet W =F · s W=500N · 8m W= 4000Nm = 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 8m. W = F∙s = 20N·8m =160NM = 160J När det har fallit 2m har den läges energin 20·6m=120J alltså är rörelseenergin 160J-120J = 40J Svar: Rörelseenergin är 40joule 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 250kg De kör upp för backarna och når en höjd 500m ö. h. Motorcykel A kör sträckan på 60 s Motorcykel b kör sträckan på 100 s 1hkr = 736W Arbetet är lika stort A =F·s 2500N ∙500m =1250 000NM =1250 000 (J) P = A/t (arbete/sekunder) Mc A: P= 1250 000J/60 =20833W 20833W/ 736 ≈ 28hkr Mc B: P = 1250 000J/100s =12500W 12500W/ 736 ≈17hkr

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 187m 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 (16000kg·10 ∙187m) =29920kJ. 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 9:1sid 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