MEKANISK ENERGI

MEKANISK ENERGI
- Energi, arbeid, effekt,
kinetisk og potensiell energi
Camilla Blikstad Halstvedt 12.11.09
Fysikk og teknologi Na 102

Hva er energi?
- Det som får noe til å skje!
Energi:
- Det vi benytter oss av når vi utfører arbeid.
http://www.regnmakerne.no/Regnmakerne-pa-TV/Hut-i-
Heita/Spareparer-er-klimaklokt/Hva-er-energi/
Energiloven:
- Energi kan verken skapes eller forsvinne.
- Energi kan bare omformes eller overføres
til andre typer energi.

Evighetsmaskin:
”Perpetuum mobile”
Maskin hvor mekaniske energien er bevart, som medfører at den kan
bevege seg i evig tid.

Energityper
• Lavverdig og høyverdig energi
• Atomenergi
• Termisk(varme)energi
• Elektrisk energi
• Mekanisk energi
– Kinetisk(bevegelses)energi
– Potensiell (stillings)energi

Noen setninger om energi
• Universets energi er konstant
• Den totale energi er bevart i alle fysiske prosesser
• Sluttproduktet i alle energikjeder er termisk energi
• Termisk energi er knyttet til bevegelse av molekylene i et stoff
og medfører økt temp.
• Å bruke energi er å omforme eller overføre energi
• Energioverføring: skjer mellom to gjenstander
• Energiomforming: overgang mellom ulike energiformer hos en
og samme gjenstand

Arbeid (W)
• Begrepet arbeid i fysikken brukes bare når en kraft får en
gjenstand til å bevege seg.
• Arbeid er lik kraften × veien, W = F × s, men bare når kraften
er konstant og har samme retning som veien
• Enheten for arbeid er Joule, J = 1Nm (newtonmeter)
• Hvor mye er en Joule?
• Eks. F=2.5N

Arbeid generelt
Når kraften ikke har samme retning som forflytningen:
W = F × s × cos φ
φ er vinkelen mellom kraftretningen og
retningen på forflytningen.
Eks. Regn ut arbeidet
F = 1.0N

Arbeid generelt:
Hva blir arbeidet når kraften virker vinkelrett på forflytningen?
F = 1.0N
s = 1m
Ved hvilken verdi av φ utfører kraften:
Et positivt arbeid?
Ikke noe arbeid?
Et negativt arbeid?
Hvilket annet tilfelle gir arbeid lik null selv om vi bruker krefter?

Effekt er arbeid gjort per tid:
P = W/t
Symbol = P (power)
Enhet = W (watt)
Effekt (P)
Én watt er én joule/sekund (W = J/s)
Omskrevet: arbeid er effekt ganger tid, W = P x t
Slik får vi arbeidsenheten kilowattime (kWh) for strømforbruk
NB: I fysikk måles all effekt i watt, ikke bare for elektrisk effekt!
Eks. Hvor mye watt utstråler et voksent menneske?
Eks. Vektløfting

• Hvilke krefter virker på flyet?
Effekt og fart
• Vi kan beregne effekten av flymotoren hvis farten er konstant
• Hint: s = v ∙ t, formler for arbeid og effekt

Bevegelses (kinetisk) energi
• Bevegelsesenergien sier noe om arbeidet som
må til for å sette gjenstanden i bevegelse.
• En gjenstand med massen m og farten v har
den kinetiske energien: E k = ½ mv 2
• Enhet: Joule

Setningen om kinetisk energi:
• Når en gjenstand blir påvirket av krefter, er summen av alle
kreftenes arbeid lik forandringen av den kinetiske energien til
gjenstanden.
• W ∑F = ½ mv 2 – ½ mv 0 2 = ∆Ek
V 0
∑ F ∑ F
s
V 1

Stillings (potensiell) energi
• Hver type potensiell energi er knyttet til en bestemt kraft, når
vi utfører et arbeid på en gjenstand mot denne kraften får
gjenstanden potensiell energi.
-
+
• En gjenstand med masse m som er i en høyde h over fritt valgt
nullnivå har en potensiell energi som er: E P =mgh
• Enhet: Joule

Finn potensiell energi til 1.5 liter melk på bordet
Avstand til gulvet er 1.00 m
Melkekartongen veier 1.5 kg

Slik virker et vannkraftsverk:
(veldig forenklet)

Mekanisk energi bevart
• Mekanisk energi er summen av kinetisk og potensiell energi:
E mekanisk = 1/2 mv 2 + mgh
• Såfremt man neglisjerer friksjon, varmetap og evt.
luftmotstand kan man si at aking på skråplan,
pendelbevegelse og fall i luft er prosesser hvor den mekaniske
energien er bevart.
• En gjenstand som faller fritt har konstant mekanisk energi:
½ mv 2 +mgh= ½mv 0 2 + mgh0

Musefellebil (energiformer og friksjon)
• Når en gjenstand glir mot et underlag, virker friksjonen
bakover.
• Målinger har vist at friksjonskraften R er så å si proporsjonal
med normalkraften N
• Friksjon skaper varme og bidrar til å omgjøre høyverdig energi
til lavverdig.
• Eks på elevforsøk – musefellebil
http://www.regnmakerne.no/Startside/larer/Regnmakeraktiviteter/Regnmakeraktivitet-2/Musefellebil/

Is-seilern ønsker lav friksjon
med underlaget i fartsretning
siden kraften fåes fra vinden.
Friksjon
Formel 1-biler er avhengig av et
underlag med høy friksjon, ellers
vil dekkene bare spinne og det
blir umulig å endre bevegelse.

Eks: rakettoppskytningen
Newtons tredje lov
• Da vi pumpet luft inn i raketten, skapte vi overtrykk som gjorde at
ved take-off så blei vann og luft akselerert ut av den lille dysa.
Kraften på denne massen er her tegnet som F.
• Den motsatte krafta, T, virker i massesenteret til raketten og er
fremdriftskraften.
• F = T i følge Newtons tredje lov.
• Årsaken til at raketten ble satt i akselerasjon er at vannet (og litt av
lufta inni) ikke lenger blir en del av raketten.

Newtons 3.lov
• Når to gjenstander virker på hverandre med
krefter, er kreftene like store og motsatt rettet.
Kreftene virker langs samme rette linje. De
virker på hver sin gjenstand.

Regnmakerne
Didaktikk
• http://www.regnmakerne.no/Startside/larer/
• http://www.regnmakerne.no/Startside/larer/Regnmakeraktiviteter/
Hvordan virker et solcellepanel?
• s. 331-332 i ERGO-boka
• http://www.regnmakerne.no/Startside/Kunnskap/Hvordan-virker-det/Solcellepanel/
Fornybare og ikke-fornybare energikilder
http://www.regnmakerne.no/Startside/Kunnskap/Kunnskapsbase/Energisamfunnet-/