Energi Heureka
Lektion 1 - Arbete och energi
Arbete
Arbete betekcnas med bokstaven [math]\displaystyle{ W }[/math], vilket kommer från engelsakns Work. Ofta envänds även bosataven [math]\displaystyle{ E }[/math] vilket betyder Energ och är ett vidare begrepp. Det finns ju även kemisk energi, elektrisk energi, värme och många fler.
[math]\displaystyle{ Arbete = kraft * str \ddot{a} cka }[/math]
Kraften överför en mängd energi. Kraften uträttar ett arbete. Förkortas W (Work)
[math]\displaystyle{ W = Fs }[/math]
där F = kraften och s = sträckant
Demo: vagn på lutande plan
Det kan demonstreras med en vagn som dras up för ett lutande plan med en dynamometer. Multiplicera kraft med sträcka och jämför för några olika lutningar.
Mekanikens gyllende regel
Genomgång
- [math]\displaystyle{ Det \ man \ vinner \ i \ kraft \ f \ddot{o} rlorar \ man \ i \ v \ddot{a} g }[/math]
Mekanikens gyllene regel kallas den lag inom mekaniken som lyder "Det du tjänar i kraft förlorar du i väg". Hävstångsprincipen är ett exempel på den gyllene regeln, där man till exempel kan utnyttja ett långt spett för att lyfta på en tung sten som annars inte skulle gå att rubba.
Exempel En tung cylinder ska rullas upp på ett flak med hjälp av en bräda. Det finns två olika brädor att välja mellan; en lång och en kort. Den korta brädan skapar en brantare lutning än den långa. För att rulla upp cylindern längst den långa brädan så krävs inte lika stor kraft, men sträckan blir således längre.
Arbetet som utförs är det samma i båda fallen. / Texten ovan från svenska Wikipedia
Räkna
- Fler enkla energiuppgifter för att träna formelhantering. Facit får du om du söker på ett primatal närmast över 1994.
- Räkna sedan uppgifterna: 507-514. Lösningar till uppgifterna 510-514.
Lägesenergi
Kallas också potentiell energi.
Häredning:
Utgå ifrån att
- [math]\displaystyle{ E = W = Fs = mgs = mgh }[/math]
Vi kallar det potentiell energi eller lägesenergi:
- [math]\displaystyle{ E_P = mgh }[/math]
där m = massan, g = tyngdaccelerationen och h = höjden
Elastisk energii
Exempel:
- En uppblåst ballong
- En studsande boll
- En hoptryckt fjäder
- En pilbåge
Fjäderkonstant
Formeln som beskriver kraften som förlänger fjädern kallas Hookes lag.
- [math]\displaystyle{ F = kx }[/math]
där F är fjäderkraften, k är fjäderkonstanten och x är förlängningnen av fjädern
Energin i spänd fjäder ges av (överkurs):
- [math]\displaystyle{ E_s =\tfrac{1}{2} kx^2 }[/math]
Simulering av fjädrar och Hookes lag. Den ligger på en egen sida för att den låter ludligt varje gång sidan laddas. Ev kommer en kllickbar bild in här.
neXus FYSIK A: Sidorna 65-69.
Lektion 2 -Rörelseenergi
Rörelseenergi kallas även kinetisk energi. Det är en form av arbete som ofta har storheten [math]\displaystyle{ E_k }[/math].
Häredning: Vi vet sedan tidigare att [math]\displaystyle{ s = \tfrac{at^2}{2} }[/math] och att [math]\displaystyle{ v = at }[/math]. Utgå ifrån att
- [math]\displaystyle{ E_k = W = Fs = ma*s = ma \tfrac{at^2}{2} = m \tfrac{a^2t^2}{2} = \tfrac{m(at)^2}{2} = \tfrac{mv^2}{2} }[/math]
Vi kan alltså skriva ett uttryck för den kinetiska energin:
- [math]\displaystyle{ E_k =\tfrac{1}{2} mv^2 }[/math]
| Uppgift |
|---|
| Elastisk kollision
Simuleringen nedan visar en elastisk kollision. Använd formeln för rörelseenergi för att räkna ut hur mycket energi som överförs från den röda kulan till den gröna. Försvinner det någon energi? Pröva med olika värden på massorna och hastigheten. Använd gärna Wolfram Alpha till dina beräkningar |
Lektion 3 - Övergången mellan lägesenergi och rörelseenergi
Energin omvandlas
Tänk dig att du lyfter en sten 2m upp från golvet. Om golvet är nollnivån så har du ökat den potentiella energin med mgh.
Om du sen släpper stenen kommer den att falla med ökande hastighet och allt större rörelseenergi. Just innan den når golvet har all lägesenergi omvandlats till rörelseenergi:
- [math]\displaystyle{ E_k =\tfrac{1}{2} mv^2 }[/math]
Den här energiomvandlingen innebär att vi kan säga att:
- [math]\displaystyle{ E_p = E_k }[/math]
vilket innebär att:
- [math]\displaystyle{ mgh =\tfrac{1}{2} mv^2 }[/math]
Förkortar man bort m och löser ut v får vi:
- [math]\displaystyle{ v =\sqrt{2gh} }[/math]
Energiövningar
Skateparken
I skateparken kan du se hur energin är konstant men växlar mellan lägsenergi och rörelseenergi.
| Click to Run |
Räkneövning
Innan du börjar med bokens uppgift ska du göra dessa .
Facit: (klicka expandera till höger)
1. F = W/s
2. s = W/F
3. F = 5 N
4. s = W / F = 7000/15 = 500 m
5. h = WP/mg = 3700/(7*9.82) = 53.8 m
6. v = (2*WK/m)^0.5 = (2*11*10^6/0.32)^0.5 = 8291 m/s
- Nexus: Lösningar till 501-505. Jag har inte löst 506 eftersom den innehåller trigonometri som vi inte jobbar med just nu.
Effekt och verkningsgrad
Nexus, sid 90-92
Effekt
P = W / t där P = effekt, W = arbetet, t = tiden. Effekt mäts i Watt (vilket också är samma som J/s)
Verkningsgrad
η = Wnyttig/Wtillförd
nexus: Lösningar till uppgifterna: 514-522
Överkursuppgift: Dessa två sidor på wikipedia är en smula oklara när de skriver om Joule, Watt och Wattsekunder. Gå in och redigera detta så det blir bättre: http://sv.wikipedia.org/wiki/Watt och http://sv.wikipedia.org/wiki/Effekt.
Felix Baumgartner
| Uppgift |
|---|
| Vi ska göra en presentation tillsamans
Innan ni börjar vill jag att loggar in på Google. Ni kan logga in med ett Youtubekonto eller vilken Googletjänst som helst. TE11:as presentation är stängd nu:: Felix Baumgartner att editera i grupp Presentationen till TEINF11 ligger här för att jobba i: Felix Baumgartner att editera i grupp När vi sedan vill titta på resultatet så finns presentationen publicerad här nedanför. Klicka på Expand. |
TE11:as presentation
TEINF11:as presentation
Tänkvärt: What if? Vad händer om en jättediamant faller mot jorden?
Fysik och programmering
Vi ska programmera med Javascript och lära oss fysik på samma gång. Först kommer vi att använda en känd rörelseekvation och sedan kommer vi att ta med formlerna för lägesenergi och rörelseenergi i syfte att vi ska bekanta oss mer med de fysikaliska modellerna. Vi kommer därför att bli mer bekanta med energiomvandlingen som vi labbade på.
Facit: (klicka expandera till höger)
- Fysikaliska modell av energiomvandling vid fritt fall: http://www.wikiskola.se/javascript/Energi_demo.html
- Koden finns här: http://www.wikiskola.se/javascript/Energi_demo.js
Höjden är fallhöjden - s därför att canvas har y-axeln nedåt. Annars skulle den potentiella energin öka under fallet.
Vi dividerar med tusen för att få hanterbara siffror. Decimalerna rundas av.
Räkneövning
Hitta på några uppgifter... eller en quiz ...
Repetition inför provet
Nexus:Lösningar till uppgifterna 523-533.
Övningsprov
Gamla prov att titta på: jag delar ut papperskopia på provet version 1 som det finns lösningar på nedan.
Facit med lösningar till Prov - Energi ver1.
Prov med formativ bedömning
Det här provet på energi och värme bedömdes formativt tillsammans med eleverna.
Här finns provet med ett facit som eleverna utarbetade. Det är ett arbetsdokument som kan innehålla fel och brister men det ingår i själva processen. Ett facit för jämförelse med elevernas lösningar. Ett facit som kan diskuteras.