Disposisjon til kap. 3 Energi og krefter Tellus 10 Energi Energi er det som får noe til å skje. Energi måles i Joule (J) Energiloven: Energi kan verken skapes eller forsvinne, bare overføres fra en energiform til en annen. o For hver gang vi utnytter energien, blir den vanskeligere å utnytte neste gang. o Høyverdig energi: Energi som er lett å utnytte til mange ting, f.eks elektrisk energi, kalles høyverdig energi. o Lavverdig energi: Ved energioverganger går mye av den høyverdige energien til omgivelsene som f.eks. varme. Når energien fordeler seg slik blir det vanskelig å bruke den til noe nyttig, og vi har dermed fått lavverdig energi. Elektrisk energi lyspære lys og varme fordelt til omgivelsene (høyverdig energi) (lavverdig energi) Bevegelsesenergi (kinetisk energi) Alt som beveger seg har bevegelsesenergi o Vann i en foss o Person som løper o Bil som kjører Stillingsenergi (potensiell energi) All energi som kommer av at noe har en bestemt stilling eller posisjon, er stillingsenergi o Vannet i et vannmagasin over fossen o Kjemisk energi lagret i musklene til en person o Kjemisk energi lagret i bensinen i en bil Energi i mange former Energi i mat: Er kjemisk energi, altså stillingsenergi Energi i muskler: Er kjemisk energi lagret i musklene som ATP-pakker, altså stillingsenergi Energi i lyd: Lydbølger som beveger seg gjennom luften, altså bevegelsesenergi. Energi i en strikk: Når en strekker strikken lagres energien i den, altså stillingsenergi Energi i en fjær: Når en presser sammen en stålfjær lagres energien, stillingsenergi. Elektrisk energi: Elektronene beveger seg rundt i en krets(bevegelsesenergi), eller er lagret i f.eks et batteri(stillingsenergi)
Energioverganger Energikjeder o Energiovergang Viser hvordan energien blir overført fra et ledd til et annet Eks: muskler sykkel Energi i muskler Bevegelsesenergi o Energikilde Sola: Alle energikjeder begynner i sola. Dermed blir sola hovedenergikilden. Energikilde er det leddet som gir energi. En ting kan både være energimottaker og energikilde. o Energimottaker Energimottaker er det leddet som mottar energi fra en energikilde. o Energikjede En energikjede viser en rekke energioverganger, hvordan energien blir overført fra et ledd til neste. Vi kan vise hele energikjeder som i eks 1, eller en del av energikjeden som i eks 2 Eks 1 Sol gress ku melk muskler sykkel dynamo lyspære Eks 2 Muskler sykkel dynamo lyspære Krefter Kraft: o Vi kaller det en kraft når noe dytter på eller drar i en gjenstand o Kraft måles i newton (N) Friksjon o Friksjon vil si den kraften som virker mellom stoffer som glir mot hverandre. o I naturfag snakker vi ofte om friksjon i forbindelse med hvordan en gjenstand glir i forhold til underlaget o Ved høy friksjon vil stoffene gli dårlig, eks: mellom joggesko og parkett i gymsal o Ved lav friksjon vil stoffene gli godt, eks: mellom joggesko og is
Tyngde og masse o Tyngden er en kraft som trekker en gjenstand mot jorda o Tyngden(N) av en gjenstand varierer, mens massen(kg) er den samme overalt. o Tyngden måles i Newton(N)(hvor mye kraft gjenstanden blir trukket mot jorda med) o Massen måles i kilogram(kg) (gram, hektogram, kilogram, tonn) 1: På jorda Kari veier 63kg. Vi sier da at Kari har massen 63 kilogram(kg), og tyngden 630 Newton(N). Vi ganger altså massen med 10 for å finne tyngden her på jorda. 2: På månen Kari veier 63kg. Kari har fremdeles massen 63 kilogram(kg), men tyngden blir annerledes pga. at tyngdekraften er mindre på månen: 63x 1,7= 107 Newton(N). Vi ganger med 1.7 for å finne tyngden på månen. 3: Vektløs tilstand Kari veier 63kg. Kari har fremdeles massen 63 kilogram(kg), men tyngden er 0 Newton, fordi at tyngdekraften ikke virker inn. Arbeid o Arbeid: Vil i naturfag bli definert som når det blir overført energi til en annen gjenstand ved hjelp av kraft(altså fysisk arbeid). Arbeid= kraft x strekning (Skrevet med ord) x= multiplisering(ganging) W = F x s ( formell på engelsk, W= work, F= force, s= strech ) Nm = N x m ( formell: Nm= Newtonmeter, N= newton, m= meter) Arbeid har målenheten Newtonmeter (Nm) Energien vi bruker/ overfører ved et arbeid skriver vi i Joule (J) 1 Newtonmeter = 1 Joule (altså det samme) Kåre dytter en sekk på 20kg opp en rampe som er 1,5m høy. Kraften Kåre dytter med er 200N. Regnestykket blir da: 200N x 1,5m = 300Nm Arbeidet Kåre utfører er altså 300Nm. Energien som trengs er 300 J
Effekt o Effekten forteller hvor raskt energien blir overført. o Har målenheten watt (W) Effekt(W) = arbeidsenergi(j): tid(s) Kåre fra forrige eksempel bruker 3 sekunder på å dytte sekken opp rampen. Effekten blir da: 300 J : 3 s = 100 J/s (Leses 100 joule i sekundet) J/s er det samme som Watt, altså har Kåre en effekt på 100 Watt når han utfører dette arbeidet. Varme Varme er energioverføring på grunn av temperaturforskjell. Energien strømmer fra et sted med høy temperatur til et sted med lav temperatur. Fart Måles i km/t=kilometer i timen eller m/s= meter i sekundet Gjennomsnittsfart= strekning : tid ( : og / = delingstegn) m/s = km/t = m : s km : t Gudrun kjører fra Sandnes til Nærbø. Strekningen er 31km, og hun bruker 30 minutter på turen. Gjennomsnittsfarten hennes blir da: 31km : 0.5t = 62 km/t Vi ser altså at formelen for gj.snittsfart ligger i benevnelsen km/t ( / er delingstegn) : 3,6 Omregning fra m/s(meter i sekundet) til km/t(kilometer i timen): km/t m/s X 3,6 Eks. 1 Fra km/t til m/s: 60km/t : 3,6 = 16,7m/s Eks 2 Fra m/s til km/t: 16,7m/s x 3,6 = 60km/t Akslerasjon Akslerasjon er når farten synker eller øker, altså fartsendring Akslerasjon= fartsendring : tid m/s 2 = - eller + m/s : s
1 Per løper langløypa og holder en jevn fart på 5,5m/s. Når han nærmer seg mål øker han farten fra 5,5m/s til 6,5m/s for å spurte. Han bruker 2 sekunder på denne fartsendringen. Akslerasjonen blir da: Akslerasjon = + 1m/s : 2 s = +0,5m/s 2 2 En bil holder en fart på 8m/s i et boligfelt. Plutselig kommer det en ball ut i veien og føreren bruker 2 sekunder på å stoppe bilen helt. Akslerasjonen blir derfor negativ(-) Akslerasjon = -8m/s : 2 s = - 4m/s 2 G- krefter Når vi står stille på bakken, dytter bakken på oss med en kraft som er lik tyngden vår Vi sier at denne skyvekraften fra bakken er 1G. Når vi utsettes for en kraft som er dobbelt så stor som tyngden vår, f.eks når en kjører veldig fort i en sving, sier vi at vi utsettes for 2G. Vi vil da merke at kroppen og hodet trekkes utover og vi må jobbe hardt for å holde igjen. I trafikkulykker kan personer som ikke bruker sikkerhetsbelte utsettes for opptil 100G!! Slike påkjenninger overlever ingen! Kraften en person på 75kg blir slengt gjennom luften tilsvarer da: 75kg = 750N x 100 = 75000 Newton!!! Og massen oppleves som 7,5tonn. Trafikksikkerhetsutstyr Sykkelhjelm o Skal beskytte hodet ved et sammenstøt. o Inneholder støtdempende materiale som presses sammen ved et støt. Det gjør at tiden sammenstøtet varer blir lengre akslerasjonen blir mindre kraften mot hodet blir mindre skaden blir mindre. Bilbelte o Bilbelte gjør at sammenstøtet fordeles over lengre tid støttiden øker akslerasjonen/kraften blir mindre redder liv og reduserer skade. o Hindrer at personer blir slynget ut av bilen, eller fra baksetet til framsete store personskader og død. Airbag/kollisjonsputer o De siste 10-15 årene er det blitt vanlig at biler blir levert med airbag. o Vi finner airbag i rattet, i dashbordet, i setene, i dørene. o Airbag skal virke som en demping som øker støttiden betraktelig, og dermed blir kraften mye mindre (prøv å spring i en vegg med en stor pute foran hode og overkropp, og så uten en stor pute. Da ser en betydningen av airbag ) unngår Trafikksikkerhetsutstyr er altså designet for å øke støttiden senke akslerasjonen redde liv