מצגת אנרגיית תנועה
Download
Report
Transcript מצגת אנרגיית תנועה
אנרגית תנועה (קינטית)
אנרגית תנועה( -אנרגיה קינטית) .אנרגיה שיש
לגוף מסוים עקב שינוי תנועתו.
סימון Ek :
•למכונית המשנה את מהירותה...
•כאשר אובייקט משנה את מהירותו אנרגיית
התנועה שלו גדלה או קטנה בהתאם
אנרגית תנועה (קינטית)
הגדרה מורחבת
בכל תזוזה ותנועה תמונה אנרגית תנועה .היא
“אחראית” לכל התרחשות בעולם .בעזרתה
אנחנו הולכים ,אוכלים ומבצעים כל פעולה.
האנרגיה הזאת נוצרת לעיתים מאנרגיה כימית -
למשל אצל בן אדם שהולך ,אנרגית התנועה
באה מהאוכל שמעובד בגוף ומומר לאנרגיה
כימית ,ובמכונית נוסעת האנרגיה מומרת
מאנרגיה כימית בשרפת דלק.
דוגמאות לאנרגיית תנועה מחיי היום יום.
אנרגיית תנועה קיימת בכל מקום ,בהרבה תהליכים ,תופעות
ושימושים:
• בבית :מאוורר המשנה תנועתו.
• מים זורמים מהברז.
• תקליט/דיסק הנע בפטיפון.
• אנרגיית השרירים מאפשרת לגופנו לנוע.
• כוכבים ,שביטים ,מטאורים וכדור הארץ הנעים סביב השמש
ולגופים אחרים בחלל.
• חלקיקי החומר (אטומים/מולקולות שבונים את החומרים
והגופים נמצאים בתנועה ,לכן יש להם אנרגיית תנועה.
עמוד 123שאלה 1
במה תלויה אנרגיית התנועה ?
הקשר בין מסת הגוף לבין אנרגיית התנועה שלו:
• ניסוי – 1השפעת מסת הגוף על אנרגיית
התנועה שלו( .עמוד )126
עבודה
• עמוד 126- 128לקרוא ולענות על שאלות .2-9
• .1מהו מטאוריט?
.2למה מתגלגלת אנרגיית התנועה של המטאוריט
בהיכנסו לאטמוספרה?
.3מהו "כוכב נופל"?
.4מה קורה למטאוריט אחרי שחדר
לאטמוספרה?
.5מדוע יש על הירח הרבה מכתשים?
ניסוי -2השפעת מהירות הגוף על
אנרגיית התנועה שלו (עמוד )128
•
•
•
•
מטרת הניסוי :לבדוק מהי השפעת מהירות
הגוף על אנרגיית התנועה שלו.
שלב א :בדיקת מסות שונות באותה מהירות
א .ככל שאנרגיית התנועה של הכדור גדולה
יותר הוא יגרום לכדור 2להתגלגל למרחק
גדול יותר.
מסקנה :ככל שמסתו של גוף גדולה יותר
אנרגיית התנועה שלו גדולה יותר.
שלב ב' :בדיקת אותה מסה במהירויות
שונות.
שלב ג' :הגברת המהירות והשפעתה
על אנרגיית התנועה
• ב .ככל שאנרגיית התנועה של כדור 1גדולה
יותר הוא יגרום לכדור 2להתגלגל למרחק
גדול יותר.
• מסקנה :ככל שמהירותו של גוף גדולה יותר,
אנרגיית התנועה שלו גדולה יותר.
הגורמים המשפיעים על אנרגיית התנועה
• הגורמים המשפיעים על אנרגיית התנועה
הם :מסה ומהירות.
(מהירות הגוף הנע עשויה להשתנות בהתאם
לתנאים שבהם הוא נמצא :שיפוע המסלול,
חיכוך וכו' ,..אבל מרגע שהמהירות נקבעת
כבעלת גודל מסוים אז המהירות לבדה
משפיעה על אנרגיית התנועה בהתאם לגודלה).
• גוף שמסתו גדולה משל גוף אחר
ומהירותו זהה לזו של גוף אחר,
אנרגיית התנועה שלו גדולה יותר.
• גוף שמהירותו גדולה יותר
ממהירותו של גוף אחר בעל מסה
שווה ,אנרגיית התנועה שלו גדולה
יותר.
עבודה
• עמוד 150-151העשרה לקרוא ולענות על
השאלות.
• עמוד 156שאלות 1-3
הקשר המדויק בין המסה לבין
אנרגיית תנועה
• עמוד .133
• עבוד אותה מהירות ,כאשר המסה גדלה פי ,2
גם אנרגיית התנועה גדלה פי .2
• עמוד 134לקרוא ולענות על שאלות .17 , 16
• כאשר המסה של המשאית גדלה פי מספר
מסוים ,אנרגיית התנועה שלה גדלה פי אותו
המספר.
• עבור שני גופים הנעים במהירות שווה –
כאשר מסת גוף א' גדולה פי מספר מסוים
ממסת גוף ב' ,אנרגיית התנועה של גוף א'
גדולה פי אותו המספר מאנרגיית התנועה של
גוף ב'.
הקשר המדויק בין המהירות לבין
אנרגיית תנועה (עמ' )135
•
•
•
•
כיצד נבדוק את הקשר בין מהירות לבין
אנרגיית התנועה?
יש להעניק לגוף אנרגיית תנועה בכמות
מסוימת ולמדוד את מהירותו של הגוף.
ניסוי ( 3מתואר) – מהירות ואנרגיית תנועה
(עמוד .)135
עמוד 135-137לקרוא ולענות על השאלות.
• ניתן לחשב את אנרגית הגובה של הסלסילה
>--אנרגיית הגובה שלה נמסרת לגלגל>----הגלגל נע (בגלל נפילת הסלסילה המושכת את
החוט שמחובר לגלגל)
הגלגל ממשיך לנוע אחרי השתחררות החוט
וכשהסלסילה מגיעה לקרקע כל אנרגיית הגובה
ההתחלתית שלה התגלגלה לאנרגיית התנועה
של הגלגל.
מה אפשר להגיד על אנרגיית הגובה
של הסלסילה ואנרגיית התנועה של
הגלגל?
• על פי חוק שימור האנרגיה אנרגיית התנועה
שיש לגלגל שווה לאנרגיית הגובה של הסלסילה
לפני שהיא נשמטה.
• כאשר מהירותו של גוף גדלה פי מספר
מסוים ,אנרגיית התנועה שלו גדלה פי אותו
המספר בחזקת שניים (בריבוע).
• כאשר ריבוע המהירות של גוף גדל פי מספר
מסוים ,אנרגיית התנועה שלו גדלה פי אותו
מספר( .ניסוח שונה).
מחשבים אנרגיית תנועה
•
•
•
•
הקשר בין אנרגיית התנועה של גוף נע לבין
מהירות הגוף ומסתו:
באיזה גדלים תלויה אנרגיית התנועה?
מהירות ומסת הגוף.
מה הקשר בין אנרגיית התנועה של גוף שנע
לבין מהירותו ומסתו?
• עבור אותה מהירות תנועה של גוף – כשמסת
הגוף גדולה פי מספר מסוים ,אנרגיית התנועה
שלו גדלה פי אותו מספר.
• עבור אותה מסה – כשהמהירות גדולה פי
מספר מסוים ,אנרגיית התנועה גדולה פי
המספר בריבוע.
•
•
•
•
מה יקרה אם נשנה גם את המסה וגם את
המהירות? פי כמה תשתנה אנרגיית
התנועה?
אם משנים את המסה פי מספר מסוים ,A
ומשנים את המהירות פי מספר מסוים B
. A * B2
אנרגיית התנועה משתנה פי
עמוד 138טבלה -לקרוא
עמוד 139למלא את שתי הטבלאות.
נוסחת אנרגיית התנועה
•
•
•
•
•
•
הקשר בין אנרגיית התנועה של גוף לבין מסתו
ומהירותו – ע"י ביטוי מתמטי.
נסמן:
מסה= ( mבקילוגרמים)
מהירות = ( vמטרים בשנייה)
אנרגיית תנועה = ( EKבג'ולים)
) ) Kהאות הראשונה במושג kinetic energy
= אנרגיית תנועה)
• אנרגיית התנועה EKשל גוף שמסתו mק"ג
ומהירותו vמטר בשנייה גדולה מ 1/2-פי mv2
.
• ולכן הנוסחה לחישוב אנרגיית תנועה היא:
• EK= 1/2mv2
אנרגית תנועה (קינטית)
מדידה
אנרגית תנועה נמדדת ביחידות ג’ול
כדי לחשב את כמות האנרגיה ,יש להשתמש בנוסחה המורכבת משני
גורמים:
א .המהירות (במטרים לשנייה) סימון - vהיחס שבין הזמן לבין
המרחק שאותו עובר הגוף .ניתן למדוד אותה בעזרת שעון וסרגל ,או
מדדים מיוחדים כמו למשל המדד במכונית.
ב .המסה (בקילוגרם) סימון - mכמותו של חומר .נשארת קבועה כל
עוד לא נעשה שינוי כלשהו בגוף .המסה נמדדת בעזרת מאזני כפות.
נוסחה
m
2-
Ek v2
חישוב אנרגיית תנועה
v2*m
2
מסה*מהירות
2
2
הגודל הפיזיקלי
סמון
מסה
מהירות
m
v
אנרגיה בגו'לים
EK
=EK
היחידה
ק"ג
מטר לשניה
גו'לים
מהי אנרגיית התנועה של מכונית שמסתה 50
ק"ג ומהירותה 90מטר לשניה?
יש להקפיד על יחידות!!!!
•
•
•
•
•
•
•
ק"מ בשעה כמה זה מטר בשנייה?
כמה מטרים יש בק"מ?
1000מטרים = 1ק"מ
כמה שניות יש בשעה?
36000=60*60שניות.
לכן:
=1ק"מ/שעה = 1000 /3600מטר/שנייה= 1 /3.6
מטר/שנייה
לכן אם המהירות נתונה בקמ"ש ,יש לחלק אותה ב 3.6 -כדי
לקבל את המהירות במטר בשנייה.
36קמ"ש = 10מטרים בשנייה.
עבודה
• עמוד 140שאלות .28-30
• עמוד 156-159שאלות .4-23
למי משתיהן יש יותר אנרגיה ?EK
שתי מכוניות פרטיות נוסעות במהירויות שונות
ונעצרות באותו זמן .מה קרה לאנרגיה כשעצרו?
באיזה יחס?
30קמ"ש
120קמ"ש
בנוסחה -מבטאים קמ"ש במטר לשניה ע"י חילוק הקמ"ש ב
אנרגיית תנועה (קינטית) EK
גורמים המשפיעים על גודלה של אנרגיית תנועה:
מסה -כאשר מסת החפץ(כמות החומר בק"ג) הנע גדל
גדלה גם אנרגיית התנועה שלו באופן פרופורציוני
כלומר ביחס ישר.
מהירות -כאשר גדלה מהירות החפץ הנע למשל פי 3
תגדל אנרגיית התנועה שלו פי 32
אנרגיית תנועה
אנרגיית תנועה בכבישים
•
•
•
•
•
מהו המרחק שיש לשמור בין מכונית למכונית
בכביש?
למכונית הנוסעת יש אנרגיית תנועה.
מה צריך לעשות כדי לבלום או לעצור את המכונית?
כדי לבלום צריך להפחית את אנרגיית התנועה של
המכונית עד לאפס.
כשמכונית נעצרת יש גלגול של אנרגיה לסוג אחר
(למכונית לא תהיה אנרגיית תנועה כלל).
הבלם -מגלגל את אנרגיית התנועה של המכונית
לאנרגיית חום.
כיצד זה נעשה?
• הבלם נצמד לגלגל המכונית ואז הוא מאט את סיבוב הגלגל
(או מונע לגמרי את את סיבובו) הבלם מתחכך עם הגלגל
ומגלגל את אנרגיית התנועה של הגלגל לאנרגיית חום.
כאשר ההצמדה חזקה עד כדי עצירת הגלגל נוצר חיכוך גדול
עם הגלגל וגם חיכוך גדול בין הגלגל לבין הכביש גם בחיכוך
זה יש גלגול אנרגית תנועה של המכונית לאנרגיית חום.
• גלגול אנרגיה התנועה לחום נעשה בהדרגה וזה לוקח זמן.
בזמן זה המכונית עדיין נעה אך יותר לאט ולכן היא עוברת
מרחק מסוים.
• מה נהג צריך לעשות על מנת להימנע מהתנגשות?
• לשמור מרחק.
• מהי בלימת חירום?
בלימת המכונית בשעת חירום כשצריך לעצור את
המכונית מהר ככל האפשר -לחיצה על הבלם במידה
כזאת שהוא עוצר לגמרי את סיבוב הגלגל .הגלגל זז
על הכביש מבלי שיסתובב ונוצר חיכוך גדול מאוד בינו
לבין הכביש.
אנרגיית התנועה מתגלגלת לאנרגיית חום בקצב מהיר
יותר מאשר בבלימה רגילה.
• מהו מרחק בלימה?
• מרחק בלימה -המרחק שהמכונית עוברת מרגע
התחלתה של בלימת החירום ועד רגע העצירה.
זהו המרחק הבלימה המינימאלי שהמכונית זקוקה לו
לשם עצירה מוחלטת.
זמן הבלימה נמדד רק מרגע הלחיצה על הבלם.
• מרחק בלימה הוא המרחק שעושה המכונית מרגע
הלחיצה על הבלם בזמן בלימת חירום ,עד לעצירתה
המלאה של המכונית.
• מדוע המרחק שהמכונית עוברת מן הרגע
שבו הנהג מבחין בצורך לעצור ועד לעצירתה
גדול ממרחק הבלימה ?
• משום שחולף זמן מהרגע שבו הנהג מבחין
בצורך לעצור ועד שהוא לוחץ על דוושת הבלם
בפועל.
מהו זמן התגובה?
• זמן התגובה -המרחק שהמכונית עוברת מן הרגע שבו הנהג
מבחין בצורך לעצור ועד ללחיצה על דוושת הבלם.
• בזמן התגובה ממשיכה המכונית לנוע .המרחק שהמכונית
עוברת מן הרגע שבו הנהג מבחין בצורך לעצור ועד לרגע שבו
הוא לוחץ על דוושת הבלם נקרא מרחק תגובה
• מרחק תגובה -המרחק שהמכונית עוברת מן הרגע שבו הנהג
מבחין בצורך לעצור ועד לרגע שבו הוא לוחץ על דוושת הבלם.
• מרחק עצירה -המרחק הכולל שהמכונית עוברת מן הרגע
שבו הנהג מבחין בצורך לעצור ועד לרגע העצירה
מרחק עצירה
• המרחק אותו עובר הרכב מרגע ראיית הסכנה ועד
לעצירה מוחלטת של הרכב.
מרחק עצירה
= מרחק בלימה
+מרחק תגובה
הקשר בין מרחק העצירה ,מרחק
הבלימה ומרחק התגובה:
כאן הנהג הבחין בסכנה
כאן הנהג בלם
מרחק בלימה
מרחק תגובה
מרחק עצירה
מרחק תגובה +מרחק הבלימה = מרחק העצירה .
מרחק תגובה
• המרחק שהרכב עובר מהרגע שהנוהג מבחין
בסכנה ועד שהוא מפעיל את הבלמים.
• מהם לדעתכם הגורמים המשפיעים על זמן
התגובה?
זמן תגובה
• הזמן החולף מרגע בו הבחין הנהג בצורך לעצור
ועד שהוא לוחץ על דוושת הבלם בפועל.
• פרמטר זה אינו יכול להיות פרמטר קבוע אלא
פרמטר המושפע מגורמים שונים כגון :עייפות,
שתיית אלכוהול ,רמת ריכוז הנהג ,גיל הנהג
וכו'.
מרחק בלימה
• המרחק אותו עובר הרכב מרגע הלחיצה על
דוושת הבלם ועד לעצירה מוחלטת של הרכב
מה הקשר לאנרגיית תנועה?
• כיצד לדעתכם תשפיע אנרגיית התנועה של
הגוף הנע על מרחק העצירה שלו?
חישוב מרחק בלימה
• מכונית שמסתה 1000ק"ג נוסעת פעם במהירות של 10
מטרים בשנייה ופעם במהירות של 20מטרים בשנייה .חשבו
את אנרגיית התנועה בכל אחת מהמהירויות.
mV
100010
Ek
] 50,000 [ J
2
2
m V 2 1000 202
Ek
] 200,000 [ J
2
2
2
2
חישוב מרחק בלימה
(המשך)
• כעת נניח שבכל מטר שבו מתחככים גלגלי המכונית (שסיבובם
פסק) בכביש 5000 ,ג'אול של אנרגיית תנועה הופכים לאנרגיית
חום .מה יהיה מרחק הבלימה של המכונית?
פתרון:
• אם בכל מטר של כביש מתגלגלים 5000ג'אול של אנרגיית תנועה
לאנרגיית חום ,אזי אם נחלק את אנרגיית התנועה של המכונית
במספר זה ,נמצא את מרחק הבלימה של המכונית.
]50000:5000 = 10 [m
]200000:5000 = 40 [m
כשמהירותה של מכונית גדלה פי
מספר מסוים ,מרחק הבלימה
גדל פי אותו המספר בריבוע.
• ממה מורכב מרחק העצירה?
• ממרחק הבלימה וממרחק התגובה.
מרחק התגובה גדל גם הוא כאשר המהירות גדלה.
מרחק התגובה נקבע על פי זמן התגובה של הנהג
ומהירות המכונית לפי הנוסחה:
• זמן * מהירות = דרך
מרחק התגובה ומהירות המכונית
זמן xמהירות = דרך
זמן התגובה xמהירות = מרחק התגובה
של הנהג
המכונית
הדרך שהמכונית עוברת
עד ללחיצת הנהג על הבלם
מסקנה :ככל שתגדל מהירות המכונית יגדל מרחק התגובה.
תרגול
• אם ידוע כי זמן תגובה ממוצע הוא 0.3שניות ,מה
יהיה מרחק התגובה של המכונית בדוגמא הקודמת?
]X 1 10 0.3 3 [m
]X 2 20 0.3 6 [m
• זמן התגובה הממוצע הוא 0.3שניות .חשב את
מרחק התגובה בנסיעה של 90קמ"ש.
נתון:
מ'/שנייה = 90/3.6 = 25קמ"ש V= 90
•
0.3שניות = זמן תגובה
•
לפי הנוסחה:
• זמן * מהירות = דרך
• 7.5מטר = 0.3שניות * מ'/שנייה = 25דרך
הקשר בין מרחק העצירה לבין
מהירות המכונית
• מדוע יש להקפיד על מהירות נכונה ולא מהירה
יותר?
• ככל שאנרגיית התנועה של כלי הרכב שמתנגש גדולה
יותר גדל הנזק הנגרם כתוצאה מההתנגשות.
• ככל שגדלה מהירות המכונית בכביש ,גדל מרחק
הבלימה שלה ועמו מרחק העצירה שלה.
• בכל מטר שבו נעה המכונית בזמן הבלימה ,כמות
קבועה של אנרגיית תנועה של המכונית הופכת
לאנרגיית חום( .כמות זו אינה שווה שכל כלי הרכב).
• מדוע ככל שמסת כלי הרכב גדולה יותר כמות
האנרגיה המתגלגלת לאנרגיית חום בכל מטר
גדולה יותר?
• כמות האנרגיה המתגלגלת תלויה בחיכוך הרכב עם
הקרקע .כשהחיכוך גדל גם האנרגיה המתגלגלת
גדולה .החיכוך גדול יותר עבור משקל גדול יותר,
משום שאז הרכב נצמד חזק יותר אל הקרקע .לרכב
בעל מסה גדולה יותר יש משקל גדול יותר ולכן החיכוך
שלו עם הקרקע גדול יותר ,וכך גדלה יותר גם כמות
האנרגיה המתגלגלת לחום.
•
•
•
•
מה יכול להקטין את החיכוך על הכביש?
שמן ,מים
מדוע שמן הנשפך וגשם ראשון המכסים את הכביש
גורמים להקטנת החיכוך של הגלגל עם הכביש?
גשם -הצטברות של אבק מי הגשמים מתערבבים עימו
ונוצרת עיסה בוצית המתנהגת כמו שמן ומקטינה את
החיכוך הרכב עם הכביש.
• מה יש לעשות במקרה שיש שמן על הכביש
או במקרה שהכביש מוצף?
• לשמור על מרחק גדול מהרגיל בין מכונית
למכונית ולנסוע במהירות נמוכה מהרגיל.
שאלות חזרה
מהו זמן תגובה?
.1הזמן שחולף מרגע שהנהג מזהה סכנה ועד לעצירת הרכב
.2הזמן שחולף מהרגע שהנהג לוחץ על דוושת הבלם ועד
לעצירת הרכב
.3הזמן שחולף מרגע שהנהג מזהה את הסכנה ועד
לתחילת התגובה
.4אף תשובה לא נכונה
האם מרחק תגובה וזמן בלימה = מרחק
עצירה?
.1לא
.2כן
.3תלוי במהירות בה הרכב נוסע
.4תלוי בתנאי הדרך ובאיכות צמיגי הרכב
מה ארוך יותר זמן תגובה ,זמן עצירה או זמן
בלימה?
.1זמן תגובה
.2זמן עצירה
.3זמן בלימה
.4זה תלוי בסוג הרכב ובסוג הבלמים
סיכום
שאלת תרגול
• מה יהיה מרחק העצירה של מכונית ,שמסתה 3000ק"ג
הנוסעת במהירות של בכביש בו בכל מטר של דרך אנרגיית
תנועה של 5000ג'אול מתגלגלת לאנרגיית חום כתוצאה
מחיכוך הגלגלים עם הכביש .הנח/הניחי שזמן תגובת הנהג
הוא 0.5שנ' .
שיעורי בית
• לקרוא עמודים 142-146בספר "עולם של אנרגיה".
• שאלות 24-26בעמ' .159