Transcript Liike ja Energia tuntikooste

Liike- ja potentiaalienergia
 Liikkuvalla kappaleella on liike-energiaa eli sillä
on kykyä aiheuttaa muutoksia ympäristössään
liikkeensä ansiosta.
 Liike-energian suuruuteen vaikuttavat kappaleen
massa sekä nopeus.
 Potentiaalienergialla tarkoitetaan energiaa, jota
kappaleella on paikkansa ansiosta.
 Potentiaalienergian suuruuteen vaikuttavat
kappaleen massa sekä korkeusero vertailutasoon.
©HO2001-2007
1
Energian säilyminen
 Energian säilymislain mukaan energia ei häviä.
Energia vain siirtyy tai muuttuu muodosta toiseen.
 Pöydällä olevalla pallolla on lattian suhteen
potentiaalienergiaa. Kun pallo putoaa pöydältä,
sen potentiaalienergia alkaa pienenemään. Samalla
pallon nopeus kasvaa, joten myös sen liikeenergian määrä kasvaa.
 Pallon potentiaalienergia siis muuttuu vähitellen
pallon liike-energiaksi. Energian kokonaismäärä
pysyy koko ajan saman suuruisena.
©HO2001-2007
2
Energiakaavio
 Energian muutoksia
voidaan kuvata
energiakaavion
avulla.
 Energiakaaviolla
kuvataan, missä
muodossa energia on
tarkasteltavassa alkuja lopputilanteessa.
©HO2001-2007
3
Työ muuttaa energiaa
 Fysiikassa työllä tarkoitetaan voiman
tekemää työtä kappaleen siirtämisessä.
 Työn tunnus on W ja yksikkö Nm (eli
voiman yksikkö · matkan yksikkö).
 Työn suuruuteen vaikuttavat tarvittavan
voiman suuruus sekä voiman
vaikutusmatka.
 W = Fs
©HO2001-2007
4
Nostotyö
 Nostotyössä tarvittavan voiman suuruus on
kappaleen painon suuruinen.
 Jos kappaleen massa (ja samalla paino)
kaksinkertaistetaan, kaksinkertaistuu myös
tehtävä työ.
 Samoin nostokorkeuden kasvattaminen
kaksinkertaiseksi kasvattaa tehdyn työn
kaksinkertaiseksi.
©HO2001-2007
5
Nostotyö
 Nostotyö on siis suoraan verrannollinen painoon
ja nostokorkeuteen, joten se voidaan laskea niiden
tulona.
 W = Gh
(työ = paino · nostokorkeus)
 Nostotyössä lihasten kemiallinen energia muuttuu
kappaleen potentiaalienergiaksi, joten kappaleen
potentiaalienergian muutos on tehdyn
nostotyön suuruinen.
 Epot = Gh
©HO2001-2007
6
Työ ja energia
 Koska työ kuvaa vuorovaikutuksessa
siirtyneen energian määrää, on työn
yksikkö sama kuin energian yksikkö eli
1Nm = 1J (joule)
 Voiman tekemä työ varastoi (nostotyössä
kappaleen potentiaalienergiaksi) tai
vapauttaa (laatikon työntämisessä
lämmöksi ympäristöön) energiaa.
©HO2001-2007
7
Teho
 Teho kuvaa työntekonopeutta.
 Mitä lyhyemmässä ajassa työ tulee
tehdyksi, sitä tehokkaammin se on tehty.
 Jos kahden erisuuruisen työn tekemiseen
menee sama aika, suuremman työn tehnyt
on ollut tehokkaampi.
©HO2001-2007
8
Teho
 Tehon tunnus on P ja yksikkö 1 W (watti)
 Teho saadaan laskettua kun tehty työ jaetaan
työhön käytetyllä ajalla.
P 
W
t
 Koska työ kuvaa siirtyneen energian määrää,
teho voidaan määritellä myös siirtyneen
energian määränä aikayksikössä.
©HO2001-2007
9
Hyötysuhde
 Laitteet, kuten esimerkiksi moottorit tarvitsevat
energiaa toimiakseen.
 Polttoaineen kemiallisesta energiasta osa
muuttuu lämmöksi, eikä sitä saada
hyötykäyttöön.
 Laitteen hyötysuhteella kuvataan sitä, kuinka
paljon käytetystä energiasta saadaan
hyödylliseen muotoon, esim. liike- tai
potentiaalienergiaksi.
©HO2001-2007
10
Hyötysuhde
 Hyötysuhde
hyödyksi saatu energia
= siirtynyt energia
 Hyötysuhde ilmoitetaan desimaalilukuna tai
prosentteina.
©HO2001-2007
11
Yksinkertaiset koneet
Kalteva taso
s
h
F
G
Työn suuruus on reitistä riippumatta sama ts.
F·s = G·h
©HO2001-2007
12
Yksinkertaiset koneet
Vivun tasapainoehto
Fa
Fb
a
b
Fa ·a = Fb ·b
©HO2001-2007
13
Yksinkertaiset koneet
Talja
F
F
G
F = G/n,
missä n on kannattavien lankojen lukumäärä. G
©HO2001-2007
14
Painopiste ja tasapaino
 Painopisteeksi kutsutaan pistettä, johon
painovoiman kokonaisvaikutuksen voidaan ajatella
kohdistuvan.
• Säännöllisten, tasakoosteisten kappaleiden
painopiste on niiden keskipisteessä.
• Painopiste voi olla myös kappaleen
ulkopuolella. (esim. sormus)
 Kappaleen tukipinta on kappaletta tukevien
pisteiden sisäpuolelle jäävä pinta.
tukipintana koko pohja
©HO2001-2007
Tukipintana
jalkojen rajaama pinta15
Painopiste ja tasapaino
 Kun painopisteestä lähtevä luotisuora ylittää
kappaleen tukipinnan niin kappale kaatuu.
 Kappale on sitä vakaampi, mitä
suurempi tukipinta ja
matalammalla oleva painopiste
leikataan
sillä on.
puolet pois
ei kaadu
ei kaadu
©HO2001-2007
kaatuu
eipäs kaadukaan17
Painopiste ja tasapaino
Kappaletta poikkeutetaan tasapainoasemasta.
 Tasapaino on vakaa eli stabiili, jos
painopiste nousee poikkeutettaessa.
 Tasapaino on horjuva eli labiili, jos
painopiste laskee poikkeutettaessa.
 Tasapaino on epämääräinen, jos painopiste
liikkuu vaakasuoraan
©HO2001-2007
18