Kraft Arbete Energi Effekt Rörelse

En presentation över ämnet: "Kraft Arbete Energi Effekt Rörelse"— Presentationens avskrift:

1 Kraft Arbete Energi Effekt Rörelse

2 Tyngdpunkt Med tyngdpunkt menar man en punkt, där man kan tänka sig att hela föremålets massa är samlad.

3 Var hamnar tyngdpunkten?

4 Var hamnar tyngdpunkten?

5 Ett föremåls tyngdpunkt kan ligga utanför föremålet. Tex mitt i en ring.

6 Stödyta Den yta ett föremål vänder mot underlaget kallas stödyta.
Botten på ett juicepaket Området mellan bordsbenen

7 Vilket föremål står stadigast?

8 Ett föremål står stadigare
Ju större stödyta föremålet har Ju lägre tyngdpunkten ligger.

9 Var händer om tyngdpunkten hamnar utanför stödytan?
x x x

10 Hamnar tyngdpunkten utanför stödytan välter föremålet.

11 Testa Ställ dig med vänster eller höger sida mot en vägg och lyft det yttersta benet. Vad händer? Varför?

12 Jordens dragningskraft påverkar alla föremål.
Krafter Jordens dragningskraft påverkar alla föremål. Håller man en sten i handen känner man tyngden, tyngdkraften, släpper man stenen faller den mot jordens medelpunkt.

13 Krafter Krafter ritas med pilar som börjar i tyngdpunkten
Pilen talar om kraftens x Storlek, kort pil liten kraft, lång pil stor kraft Riktning Angreppspunkt, x, den punkt i vilken kraften verkar.

14 Olika krafter 1. Dragningskraft
2. Motkraft, underlagets kraft mot föremålet 3. Dragkraft 4. Friktionskraft. 2 3 4 1

15 Kloss som hänger i ett snöre.
Linans kraft på klossen – LYFTKRAFT Klossens tyngd - tyngdkraft

16 Motkraft Motkraft ger fordon fart
Raket: Förbränningsgaser kastas bakåt  raketen åker framåt Båt: Propeller ger vattnet fart bakåt  båten åker framåt Kanon: Kanonen hoppar bakåt av kulans motkraft

17 Skillnad mellan massa och tyngd
Den mängd materia som ett föremål innehåller. Mäts med en våg Enhet: kg Tyngd Den kraft vad med föremålet dras mot jordens medelpunkt. Mäts med en dynamometer Enhet: N, Newton

18 1 N är ungefär lika med jordens dragningskraft på en 100grams vikt.
Massa Tyngd 100g 1 N 300g 3 N 650g 6,5 N 1kg N 30kg N

19 Massa och tyngd på jorden och månen På månen väger man lika mycket, dvs massan ändras inte, men tyngden är bara 1/6 av den på jorden pga månens massa är mindre och då blir dragningskraften mindre. Månen Jorden Om du väger 60kg, alltså din massa är 60kg så är din tyngd 600 N på jorden. 1 N = 100g 10 N = 1000g = 1kg 100 N = 10kg Om du väger 60kg så är din tyngd 100 N på månen 1 N = 600g 10 N = 6kg 100 N = 60kg

20 Problemlösning Vi skickar upp en tyngdlyftare till månen. Hur mycket skulle han kunna lyfta där om han klarar 150kg på jorden? Din badrumsvåg mäter egentligen kraften men man har gjort om mätskalan till massa. Hur ska du förändra din badrumsvåg om du vill använda den på månen? Fungerar en balansvåg lika bra på månen som på jorden?

21 Facit: Lösning uppgift1
Massan 150kg på jorden = tyngd på 1500N Tyngden på månen är 1/6 av den på jorden På månen klarar du av att lyfta ett föremål som väger 6 gånger mer. 150 · 6 = 900kg

22 Lösning uppgift 2 På jorden På månen 10N = 1kg 20N = 2kg 30N = 3kg

23 Lösning uppgift 3 Ja. Den påverkas av samma dragningskraft.

24 Krafter kan samverka och motverka
Samverkande krafter Ett tåg som har två lok. Krafterna är riktade åt samma håll och då läggs krafterna ihop. Om första loket dra med kraften 2000N och det andra loket med 2000N så blir den totala kraften 2000N N = 4000N

25 Samverkande krafter 2000 N 2000 N 4000 N

26 Motverkande krafter Vid dragkamp är krafterna riktade år olika håll. Två krafter som verkar åt olika håll, då kommer föremålet att röra sig åt det håll vilken kraften är störst och med en kraft som beräknas Stor kraft – Liten kraft. Om ena laget dra med 600N och det andra med 500N så kommer det laget som dra med 600N att vinna för deras kraft är 100N större.

27 Motverkande krafter 600 N 500 N 100 N

28 Den totala kraften Vilken blir den totala kraften? Åt vilket håll är den riktad?

29 Den totala kraften Resultant

30 Friktion Kraft mellan två föremål som glider mot varandra.
Friktionens storlek beror på Ytan på föremålen, skrovlig yta  stor friktion Massan på föremålet som rör sig, stor massa  stor friktion

31 Diskussion När är det bra med hög respektive låg friktion?
Vad händer med friktionen när du åker skridskor?

32 Arbete Fysikaliskt arbete uträttas endast då en kraft övervinns och att föremålet förflyttas i motkraftens riktning. När uträttas ett fysikaliskt arbete? Lyfta ett föremål Hålla ett föremål stilla Gå runt med ett föremål Försöka lyfta en vikt som väger 500kg Putta på ett föremål eller hasa det efter dig.

33 Facit. När uträttas ett fysikaliskt arbete?
Ja. Tyngdkraften övervinns, du orkar lyfta föremålet uppåt. Föremålet förflyttas i motkraftens riktning som är motsatta hållet mot tyngdkraften. Nej. Sker ingen förflyttning, alltså uträttas inget arbete. Nej. Föremålet förflyttas men inte i kraftens riktning

34 Nej. Ingen kraft övervinns eftersom du inte orkar lyfta föremålet
Nej. Ingen kraft övervinns eftersom du inte orkar lyfta föremålet. Ingen förflyttning sker. Ja. Friktionskraften övervinns och föremålet förflyttas i motkraftens riktning.

35 När uträttas det största fysikaliska arbetet.
Lyfta en vikt till A Knäna eller B Axlarna Lyfta en vikt som A Som väger 5kg eller B Som väger 1kg Lyfta en vikt till ett bord A Vikten befinner sig på golvet intill bordet eller B Vikten befinner sig på golvet 2m från bordet

36 När uträttas det största fysikaliska arbetet?
4. Hasa en låda som väger A 1kg eller B 3kg 5. Hasa en låda A En kort sträcka eller B En lång sträcka

37 Facit. När uträttas det största fysikaliska arbetet?
Ju längre sträcka i motkraftens riktning desto större arbete. Ju tyngre ett föremål väger desto större kraft behövs för att övervinna tyngdkraften, desto större blir arbetet. Lika stort, tyngdkraften är nedåt. För att övervinna den behövs en kraft uppåt. Det är lika högt.

38 Ju mer föremålet väger, desto större blir friktionskraften, desto större kraft behövs övervinnas, desto större blir arbetet. Ju längre sträcka ett föremål förflyttas i kraftens riktning desto större blir arbetet.

39 Arbetes storlek Arbetet blir större desto större kraft som behövs för att flytta på föremålet och ju längre sträcka föremålet förflyttas (i kraftens riktning) Kan beräknas Arbete = kraften · vägen Nm = N · m Newtonmeter = Newton · meter 1 Nm = 1 J (Joule)

40 Exempel 1 Hur stort arbete uträttar du när du lyfter en låda som väger 3kg 2m rakt upp.

41 Facit: Uträkning exempel 1
Räkna ut kraften 3kg · 10 = 30 N Räkna ut arbetet Arbete = kraft · väg Arbete = 30 · 2 = 60Nm = 60J

42 Exempel 2 Hur stort arbete uträttar du när du går runt med en sten som väger 10kg?

43 Facit: exempel 2 Du uträttar inget arbete. Föremålet förflyttas men inte i kraftens riktning.

44 Spara kraft Om du inte orka lyfta upp din cykel på lastbilen, hur kan du göra då?

45 Lutande plan Du kan använda dig av en planka och rulla upp cykeln.
De uträttar lika stort arbete. Tyngdkraften är lika stor och även sträckan i tyngdkraftens riktning, dvs höjden. Personen som använder sig av en planka behöver inte använda samma muskelkraft för att dra upp vagnen eftersom sträckan är längre. Den andra personen dra en kortare sträcka och måste därför använda större muskelkraft.

46 Mekanikens gyllene regel:
Det man vinner i kraft förlorar man i väg. Går upp för en trappa eller klättra upp på en stege. Då blir arbetet lika stort för personens tyngdkraft är lika stor i trappan som på stegen. Sträckan i motkraftens riktning är lika lång dvs höjden är lika hög. Trappa: Använda en mindre muskelkraft men behöver går en längre väg. Stege: Använda en större muskelkraft men behöver gå en kortare väg

47 Exempel En bil med passagerare har massan 1500kg. Hur stort arbete uträttar bilmotorn om bilen kör uppför en 30 m hög lång backe? (Vi tänker oss att det varken finns friktion eller luftmotstånd). Hur stort skulle arbetet blivit om man använt en serpentinväg? Motivera ditt svar.

48 Facit Arbetet = kraften * vägen Kraften = 1500kg = 15 000 N
En bil med passagerare har massan 1500kg. Hur stort arbete uträttar bilmotorn om bilen kör uppför en 30 m hög lång backe? (Vi tänker oss att det varken finns friktion eller luftmotstånd). Arbetet = kraften * vägen Kraften = 1500kg = N Vägen = 30 m Arbetet = N * 30 m = Nm Hur stort skulle arbetet blivit om man använt en serpentinväg? Motivera ditt svar. Arbetet blir lika stort för höjden är lika hög. Kraften blir mindre och vägen blir längre.

49 Diskutera Vilken skruv är lättast att skruva i.
En med få gängor eller en med många gängor. Hur ser vägarna ut i bergen? Varför? Du cyklar uppför en backe. Det är tungt så du lägger i 1:ans växel. Det blir lättare att cykla. Varför?

50 Facit Med många gängor. Då blir vägen längre och då behövs en mindre muskelkraft för att skruva i skruven. Serpentinvägar. Längre väg och mindre kraft i motorn behövs. När du lägger i 1:ans växel får du göra fler tramptag (längre väg) men det blir lättare att trampa, kan använda mindre muskelkraft.

51 En uppfinning där man utnyttjar mekanikens gyllene regel är - Block och talja
Ju längre sträcka du dra desto mindre muskelkraft behöver du använda.

52 Problem Du har en stor sten som du vill flytta. Hur gör du om du inte har tillgång till några maskiner?

53 Facit: Spett Sträckan från vridningspunkten till kraften som trycks ner (3  1) är längre än sträckan från (32). Då behöver vi använda mindre muskelkraft.

54 Hävstänger Ett föremål som kan vrida sig kring en viss punkt, vridningspunkt då den påverkas av en kraft. Hävarm = avståndet mellan kraften och vridningspunkten. Ge exempel på olika hävstänger.

55 Olika hävstänger

56 Diskutera Varför är det mer arbetsamt att trycka upp en dörr nära gångjärnet än om du puttar vid handtaget?

57 Facit Trycker du närmare gångjärnet blir sträckan kortare och du måste använda större muskelkraft. Trycker du långt ifrån gångjärnet blir sträckan längre och då behöver du inte använda lika stor muskelkraft.

58 Hävstänger Vridningspunkt Hävarm Hävarm

59 Hur långt från vridningspunkten ska mannen sitta så de är i jämvikt?

60 Hävstångslagen Hävarm V · kraft V = Hävarm H · kraft H
Lösning på uppgiften (Ta reda på hävarm V) Gör om massa till kraft 80kg = 800N 30kg = 300N Hävarm V · kraft V = Hävarm H · kraft H Hävarm V · = 2 · 300 Hävarm V · = 600 (Härarm V · 800)/800 = 600/800 Hävarm V = 600/800 = 0,75m

61 Vridmoment Vridmoment = hävarm · kraft Vridmoment H = Vridmoment V
Vridmoment Ner = Vridmoment Upp

62 Räkna med vridmoment Lisa Kalle 2,5m 2m 400 N A
Hur stor massa har Kalle? 400N = 40 kg Hur stor kraft behövs för att det ska bli jämvikt. Vid jämvikt gäller: Vridmoment H = Vridmoment V Vridmoment H = hävarm * kraft= 2 * 400 = 800Nm Vridmoment V = 800Nm = hävarm * kraft 800Nm = 2,5 * kraften Kraften = 800/2,5 = 320 N Det behövs 320 N för att det ska vara jämvikt. Hur stor massa har Lisa? 320 N = 32 kg

63 Hur stor kraft behövs för att det ska vara i jämvikt.
50 cm cm 10 cm = 0,10 m 2kg 2kg = 2000g = 20 N Hur stor kraft behövs för att det ska vara i jämvikt. Vridmoment ner = 0,10m * 20N = 2 Nm Vid jämvikt: Vridmoment ner = vridmoment upp Vridmoment upp: Vridmoment = kraft * hävarm Ta reda på kraft uppåt 2Nm = kraft * 0,50 Kraft = 2/0,5 = 4N

64 Diskutera Hur kan du med hjälp av en gungbräda och en känd vikt, tex du själv, ta reda på vad din lärare väger utan att använda en våg? Hur kommer det sig att man kan bända upp en tung sten, som man inte kan rubba med händerna, om man ta hjälp av ett järnspett? Om du skulle lyfta upp en tung stock. Var på stocken skulle du lyfta. Varför?

65 Energi Energi behövs för att uträtta ett mekaniskt arbete.
Energi är lagrat arbete Du klättrar upp på en stege Ju högre upp du kommer desto mer energi behövs, desto större arbete utförs, desto mer energi lagras (lägesenergi).

66 Lägesenergi Energin ett föremål har, på grund av att det befinner sig på en viss höjd. Ju tyngre föremål, desto större lägesenergi Ju högre höjd, desto större lägesenergi

67 Beräkna energin Mimmi 40kg klättrar upp 10m på en stege.
Hur stort blir arbetet/lägesenergin? Lösning: Kraft = massa(Kg) · 10 = 40 · 10 = 400 N Arbete = Tyngd · sträcka = 400 · 10 = 4000 Nm Lägesenergin = 4000 J

68 Lägesenergi kan övergå i rörelseenergi
Du hoppar ner från 10m i en bassäng. 10m 100% lägesenergi 0% rörelseenergi 7,5m 75% lägesenergi 25% rörelseenergi 5m 50% lägesenergi 50% rörelseenergi 2,5m 25% lägesenergi 75% rörelseenergi 0m 0% lägesenergi 100% rörelseenergi Ju längre ned mot vattnet du kommer övergår lägesenergin till att bli rörelseenergi. Högst upp (10m) har du 100% lägesenergi När du träffar vattenytan har du 100% rörelseenergi

69 Rörelseenergi Energin ett föremål har, på grund av att det befinner sig i rörelse Ju större massa, desto större rörelseenergi Ju högre fart, desto större rörelseenergi

70 Energiformer Energi kan finnas i olika former och kan omvandlas från en energiform till en annan. Ingen energi försvinner och det skapas inte heller någon ny. Energiprincipen: Energi kan varken förstöras eller nyskapas, utan bara omvandlas mellan olika former.

71 Olika Energiformer Mekanisk energi = Rörelseenergi och lägesenergi
Elektrisk energi Värmeenergi Strålningsenergi Kemisk energi Kärnenergi

72 Effekt Arbete per tidsenhet Enhet Nm/s eller W (watt)
Hur lång tid det tar att utföra ett visst arbete. Ju kortare tid, desto högre effekt Ju längre tid, desto lägre effekt

73 Beräkna effekten Effekt = Arbete / Tid W (watt) = Nm / s
Nils 50kg klättrar upp 5 m på en stege på 10s. Terese 70kg klättra upp 3 m på 5s.

74 Facit -Kraft = massa(kg) · 10 = 50 · 10 = 500 N -Arbete = Kraft · sträcka = 500N · 5m = 2500Nm -Effekt = Arbete/tid = 2500Nm/10s = 250Nm/s= 250W -Kraft = massa(kg) · 10 = 70 · 10 = 700 N -Arbete = Kraft · sträcka = 700N · 3m = 2100Nm -Effekt = Arbete/tid = 2100Nm/5s = 420Nm/s= 420W

75 Rörelse Rörelse uppkommer när den verkande kraften i startögonblicket är större än den motverkande kraften. Finns olika former av rörelse Likformig - jämn hastighet i en och samma riktning Olikformig - föremål som rör sig olika fort Accelererande rörelse, hastigheten ökar och ökar Retarderad rörelse, hastigheten minskar och minskar, bromsas upp

76 Vilken typ av rörelse? Likformig eller Olikformig
Ett barn som åker karusell En sten som faller En sten som kastas uppåt En studsande boll Motorcykel på en krokig väg

77 Medelhastigheten s v · t
Medelhastigheten = Sträcka / Tid v = s / t s = v · t t = s / v s v · t

78 Enhet för hastighet km/h m/s km/h  m/s dividera med 3,6
m/s  km/h multiplicera med 3,6

79 Beräkna hastigheten På 4 timmar körde en bilist 280km.
En racerbil körde 180m på 3 sekunder. I m/s I km/h

80 Facit: Beräkna hastighet
Hastighet = sträcka / tid = 280/4 = 70km/h Hastighet = sträcka / tid = 180/3 = 60m/s 60m/s  km/h 60 · 3,6 = 216km/h

81 Tröghet Tex Åka buss. Du håller i dig här bussen startar och när den bromsar. Vad händer annars? Ett föremål som är stilla vill förbli stilla Ett föremål som rör sig vill fortsätta sin rörelse i samma hastighet och riktning. Kan ni komma på egna exempel när vi ser tröghet.

82 Fritt fall När ett föremål faller utan att bromsas av något luftmotstånd (i vakuum). Föremålet faller pga sin tyngdkraft. I vakuum faller alla föremål lika snabbt.

83 Kom du ihåg när vi läste om Satelliter?
Om du kastar en boll upp i luften med en sådan kraft att den övervann tyngdkraften så skulle bollen försvinna ut i rymden. Om du kastar bollen i en rörelse som har samma form som jordens yta och i lagom hastighet kommer bollen att stanna i en bana runt jorden. Satelliter faller hela tiden ner mot jorden men landar aldrig på jorden eftersom jorden är rund.