Κεφάλαιο 1: Έργο-Ισχύς-Ενέργεια

Transcript

1 Κεφάλαιο 1: Έργο-Ισχύς-Ενέργεια Έργο «Έργο δύναμης ονομάζουμε το γινόμενο της δύναμης F επί τη μετατόπιση Δχ του σημείου εφαρμογής της, κατά τη διεύθυνση της. Αυτό εκφράζει την ενέργεια που μεταφέρεται από ένα σώμα σε ένα άλλο ή που μετατρέπεται από μια μορφή σε άλλη.» W=F.Δx Μονάδα Μέτρησης του έργου είναι το Joule. (1N.m=1 Joule) Σημείωση Η σχέση W=F.Δx χρησιμοποιείται μόνον όταν η δύναμη F είναι σταθερή και μετατοπίζει το σημείο εφαρμογής της κατά τη διεύθυνση της. Στη περίπτωση που η δύναμη σχηματίζει γωνιά θ με τη μετατόπιση, έργο παράγει μόνο η συνιστώσα Fx. Η συνιστώσα Fψ δεν παράγει έργο γιατί το σώμα μετατοπίζεται κατά την κατεύθυνση χ. W=F.Δχ. συνθ Στη σχέση W=F.Δχ.συνθ παρατηρώ ότι: Για τιμές 0 0 θ< 90 0 και <θ το έργο της δύναμης είναι θετικό, το οποίο σημαίνει ότι το έργο εκφράζει την ενέργεια που προσφέρεται στο σώμα στο οποίο ασκείται η δύναμη. Άρα η δύναμη παράγει έργο. 1

2 Για τιμές 90 0 < θ< το έργο της δύναμης είναι αρνητικό, το οποίο σημαίνει ότι το έργο εκφράζει την ενέργεια που αφαιρείται από το σώμα. Άρα η δύναμη καταναλώνει έργο. Για τιμές θ=90 0 και θ=270 0 το έργο της δύναμης είναι μηδέν και σημαίνει ότι η δύναμη είναι κάθετη στη μετατόπιση. Ασκήσεις 1. Στο σώμα του διπλανού σχήματος που κινείται προς τα δεξιά, ασκούνται οι δυνάμεις Ν=25Ν, F = 40N, T = 15 N και Β 25 Ν. Ν F T (1) (2) Β υ i) Να γράψετε ποιες από τις δυνάμεις του σχήματος παράγουν και ποιες καταναλώνουν έργο. ii) Αν το σώμα μετακινείται από τη θέση (1), στη θέση (2) σε απόσταση Δχ=4m, να προσδιορίσετε το έργο της κάθε μιας δύναμης. 2

3 2. α) Σώμα μάζας 2 Kg μετακινείται από τη θέση ( 1 ) στη θέση (2 ) κατά απόσταση Δχ =15 m με την επίδραση των δυνάμεων όπως φαίνεται στο σχήμα. R = 20N F2 = 5N F1 = 20N θέση ( 1 ) B Δχ = 15 m θέση ( 2 ) i) Να υπολογίσετε το έργο της καθεμιάς από τις δυνάμεις F 1, F 2, B και R και να χαρακτηρίσετε ποιο από τα έργα αυτά είναι παραγόμενο και ποιο καταναλισκόμενο. ii) Να βρείτε το συνολικό έργο κατά τη μετακίνηση του σώματος από τη θέση (1) στη θέση (2). 3

4 Ισχύς Έργο είναι το φυσικό μέγεθος που ισούται με το πηλίκο του έργου προς την αντίστοιχη χρονική διάρκεια. P= P= Ισχύς (Watt) W=Έργο (Joule) Δt= Χρονική Διάρκεια (s) Μονάδα Μέτρησης της Ισχύς είναι τα Watt Άσκηση Γερανός κατεβάζει με σταθερή ταχύτητα φορτίο μάζας 3000kg σε ύψος h=24m σε m χρόνο 3min. Δίνεται ότι g=10 s 2. (i) Να υπολογίσετε τo έργο που παράγει ο γερανός. (ii) Να υπολογίσετε την ισχύ που αποδίδει. 4

5 Ενέργεια Ενέργεια είναι η ιδιότητα των σωμάτων που περικλείεται σε αυτά με διάφορες μορφές. Την ενέργεια δεν μπορούμε να τη δούμε αλλά την αντιλαμβανόμαστε από τα αποτελέσματα της. Μονάδες Μέτρησης της Ενέργειας Μονάδα μέτρησης της ενέργειας στο S.I είναι τα Joule Μια άλλη μονάδα μέτρησης είναι οι θερμίδες (calorie) 1 calorie= 4,2 Joule Χαρακτηριστικά Ενέργειας 1. Η ενέργεια δεν δημιουργείται από το μηδέν ούτε καταστρέφεται. 2. Η ενέργεια μετατρέπεται από μια μορφή σε άλλη και μεταφέρεται από ένα σώμα σε άλλο. Υπάρχουν διάφορες πηγές ενέργειας όπως: 1. Ο ήλιος 2. Το νερό 3. Ο άνεμος 4. Τα τρόφιμα 5

6 Μορφές Ενέργειας 1. Κινητική ενέργεια είναι η ενέργεια που περικλείεται σε ένα σώμα που κινείται 2. Δυναμική ενέργεια είναι η ενέργεια που περικλείεται σε ένα σώμα λόγω τις παραμόρφωσής του ή λόγω της θέσης του. 3. Ηχητική ενέργεια είναι η ενέργεια που μεταφέρει ο ήχος 4. Πυρηνική ενέργεια είναι η ενέργεια που περικλείεται στον πυρήνα των ατόμων και ελευθερώνεται με τη διάσπαση του. 5. Χημική ενέργεια υπάρχει στις χημικές ουσίες όπως στις τροφές, τις μπαταρίες κτλ 6. Θερμική ενέργεια η οποία σχετίζεται με τη θερμοκρασία του σώματος. 7. Ηλιακή ενέργεια η οποία παρέχει ο ήλιος. 8. Αιολική ενέργεια την παρέχει ο άνεμος. Δυναμική (Βαρυτική) Ενέργεια λόγω Θέσης Δυναμική ενέργεια είναι η ενέργεια που έχει ένα σώμα λόγω της θέσης του, δηλαδή του ύψους h από την επιφάνεια της Γής. Ε δ =m.g.h Κινητική Ενέργεια Κινητική ενέργεια είναι η ενέργεια που έχει ένα σώμα όταν κινείται. Είναι μονόμετρο μέγεθος και μονάδα μέτρησης του είναι το Joule. Ε κ = 2 1.m.u 2 6

7 Μηχανική Ενέργεια Μηχανική ενέργεια είναι το άθροισμα της κινητικής και της δυναμικής ενέργειας ενός σώματος. Ε Μ =Ε Κ +Ε Δ E M = 2 1.m.u 2 +m.g.h Αρχή Διατήρηση Της Ενέργειας Κατά τις μετατροπές ενέργειας από μια μορφή σε μια άλλη, η συνολική ποσότητα ενέργειας, πριν και μετά τη μετατροπή δε μεταβάλλεται. Πηγές Ενέργειας Ανανεώσιμες πηγές Μη Ανανεώσιμες Ήλιος Νερό Άνεμος Βιομάζα Πετρέλαιο Γαιάνθρακας Φυσικό Αέριο Σχάση-Σύντηξη Πυρήνα Γεωθερμία Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας είναι οι πηγές που με την πάροδο του χρόνου δεν καταστρέφονται. Μη Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας είναι οι πηγές που με την πάροδο του χρόνου καταστρέφονται και να ξανά δημιουργηθούν χρειάζονται πολλά χρόνια. 7

8 Ασκήσεις 1. Ποίος είναι ο ρόλος των μηχανών; Ο γλάρος της διπλανής εικόνας έχει μάζα 5 Kg και πετά σε ύψος h=20m από το έδαφος, με σταθερή ταχύτητα u=10m/s. (α) Να υπολογίσετε την κινητική του ενέργεια. u (β) Να υπολογίσετε τη δυναμική του ενέργεια. h (γ) Να υπολογίσετε τη μηχανική του ενέργεια. 3. Το τηλεκατευθυνόμενο αερομοντέλο του σχήματος μάζας m 3 Kg κινείται σε ύψος h 15 m από το έδαφος, με ταχύτητα υ 10 ms 1. Να υπολογίσετε τη μηχανική του ενέργεια. 4. Λύκος μάζας m = 16kg κινείται με ταχύτητα u = 10m/s. Να υπολογίσετε την κινητική ενέργεια του λύκου. 8

9 5. Ένας γάτος μάζας Μ = 3kg, κυνηγά ένα ποντικό m = 200g, με την ίδια ακριβώς ταχύτητα που τρέχει και ο ποντικός. Ποιος από τους δυο έχει τη μεγαλύτερη κινητική ενέργεια; 6. Να γράψετε για κάθε πηγή ενέργειας την αντίστοιχη μορφή ενέργειας: Πηγές Ενέργειας Μορφές ενέργειας i. Πιάτο με φαγητό ii. Παιδί που τρέχει iii. Σφεντόνα 7. Να γράψετε τι μορφές ενέργειας περικλείουν τα πιο κάτω: (i) Βενζίνη (ii) Τεντωμένο λάστιχο (iii) Μια φέτα ψωμί (iv) Ένα αυτοκίνητο που κινείται σε οριζόντιο δρόμο (v) Ένας αναμμένος λαμπτήρας 9

10 10