mpf2 delo%20in%20energija

fizika 8r_9-4pogl.qxd 30/8/12 14:07 Page 71

7 2

Pogosto govorimo o električni energiji, toplotni, vodni, sončni,jedrski in drugih energijah. Voda v strugi potoka, voda za jezom, morski valovi, veter, les, pre-mog, nafta, zemeljski plin, geotermalna voda, jedrsko gorivo, sonce,pa tudi baterija in akumulator so viri energije. Tudi hrana je virenergije.

Sonce – glavni energijski vir, potreben za nastanek večinedrugih energij

Sonce je srednje velika zvezda. Količina njegove energije, ki sesprošča kot svetloba in se razprši na vse strani, je zelo velika.Zemlja je prestreže toliko, kolikor bi je dobila iz okoli 200 milijonovjedrskih elektrarn. Koristno uporabimo le majhen del te energije.

Sonce segreva površje in ozračje Zemlje, omogoča izhlapevanjevode s površja, ki se vrača v obliki padavin, omogoča rast rastlin.Energija prihaja s Sonca na Zemljo s svetlobo. Svetloba ima ener-gijo.

Fosilna goriva in energijski viri iz globin Zemlje

Iz rastlinskih in živalskih organizmov so v več deset milijonih letnastali premog, nafta in zemeljski plin. Pri gorenju le-teh se sproščaenergija, s katero segrevamo zrak ali vodo in poganjamo stroje.Zaloge fosilnih goriv, posebno nafte, so omejene. Ocenjujejo, da jenafte in plina še za približno 50 let. Čeprav fosilna goriva še vednonastajajo, so nastale količine premajhne, da bi nadomestile izčr-pano nafto in plin. Iz Zemljine notranjosti prihajajo na površje vroča voda, plini inpare, ki jih na primer na Islandiji uporabljajo za pridobivanje elek-trične energije in ogrevanje rastlinjakov. V zemeljski skorji sonahajališča uranove rude, iz katere pridobijo gorivo za jedrske elek-trarne. To so neobnovljivi viri energije.

Energija vode, vetra, lesa, hrane, človeka, živali

Voda na površju Zemlje izhlapeva in se v obliki padavin vrača. Popobočjih hribov tečejo potoki. Ob njih stojijo mlini in žage, ki jihpoganja voda. Na rekah so zgrajene elektrarne, za jezovi pa se zbiraveliko vode, ki jo usmerijo na lopatice turbin. Turbine poganjajogeneratorje, ti pa električni tok. Električni tok poganja pralni stroj,žago, vrtalnik.

Sonce

Natakanje goriva

elektrarna na veter


Martinček se grejena soncu.

V topli gredi semenaprej vzklijejo.

S kolektorji na stre-hisegrevamo sanitarnovodo.

7 3

Zaradi različno segretih plasti zraka nastaja veter, ki lahko poga-nja lopatice elektrarne na veter ali pa ruje drevesa in razdira stre-he hiš.

Rastline potrebujejo svetlobo za fotosintezo, ob kateri nastaja hranaza rast rastlin in plodov. Rastline so hrana ljudem in živalim. Hranopotrebujemo za delovanje mišic in drugih organov.

Les in druge organske odpadke po svetu že izkoriščajo za prido-bivanje plina, ki nadomešča fosilna goriva.To so obnovljivi viri energije.

Znanstveniki posameznih držav si prizadevajo za čim večje inboljše izkoriščanje energijskih virov: vode, vetra, morskih valov,plime in oseke, lesnih in drugih organskih odpadkov, vroče vodein pare, ki bruha iz Zemlje … Vsi ti viri imajo veliko več energijekot je bo človeštvo kdaj potrebovalo. Potrebno je le najti pot, kakos čim manjšimi stroški in čim hitreje narediti to energijo uporab-no in jo brez velikih izgub pripeljati do uporabnikov.

Energija prehaja na različne načine iz energijskih virov na telesa.S to energijo se jim spremeni hitrost, lega, olika, temperatura aliagregatno stanje. V Fiziki rečemo, da imajo telesa zato kinetično,potencialno, prožnostno ali notranjo energijo. Energijo označimoz W. Enota zanjo je joule (izg. džul), J.

Z računalom na sončne celicelahko računamo, če nanj pade do-volj svetlobe.

Sateliti dobivajo elek-triko iz sončnih celic.

Čez dan sončnecelice polnijo akumula-tor, da luč ponoči sveti.Take svetilke so nasončnih krajih, kjer nielektrične napeljave.

Zajetje geotermalne vode na Islandiji, s katero ogrevajo

rastlinjake.

jedrska elektrarna


7 4

1. Vzemi dve enaki pollitrski plastenkiin ju pobarvaj: eno s črno in drugo z

belo barvo. Vanju vlij enako količino hladne vode inju postavi na sonce. Čez približno pol ure izmeritemperaturo vode v obeh plastenkah. Kaj ugotoviš?Zakaj so plošče sončnih zbiralnikov črne?

2. Na sončno celico priključi ventilator-ček in jo postavi na sonce. S papir-

jem počasi prekrivaj površino sončne celice. Kajopaziš?

3. Opiši nekaj možnosti racionalne rabe energije. Opiši, kako lahko doma ali v šolivarčuješ z vodo, elektriko, toploto.

4. Poišči zapise o obnovljivih in neobnovljivih virih energije. Lahko narišeš tudi strip.

5. Šele dobrih trideset let izkoriščajo atomsko energijo v jedrskih elektrarnah. Jedrska elektrarna Krško proizvede 15 % vse energije v Sloveniji.

Poišči nekaj prednosti in slabosti uporabe jedrske energije.


O kinetični energiji opazovanega telesa sklepamo po njegovi hitrosti.

Naredimo poskus.

Vžigalično škatlico postavimo na mizo, in sicer tako, da stoji pokon-ci. Iz oddaljenosti približno pol metra frcnimo proti njej frnikolo.Kaj opazimo? Frnikola se zakotali, podre škatlico in se z zmanjšanohitrostjo kotali naprej.

Ko mirujočo frnikolo frcnemo, se začne kotaliti oziroma gibati.Gibajoča se frnikola ima kinetično energijo. Ko se ji ob trku sškatlico zmanjša hitrost, se ji zmanjša tudi kinetična energija.

Drsalka na ledu naredi pirueto. Pri tem se vrti okoli navpične osi.Tudi ona ima kinetično energijo. Vsako gibajoče se telo imakinetično energijo. Ta se mu spreminja, ko se mu spreminja nje-gova hitrost gibanja – z večanjem hitrosti se kinetična energijaveča, z manjšanjem hitrosti pa se manjša. Govorimo torej o spre-membi kinetične energije.

Kinetična energija se poveča

Vozičku se povečahitrost, ko ga učenecporine.

Janja se guga hitre-je, ko jo sestra potisne.

Nogometaš brcnežogo, ki se kotali poigrišču. Žogi se pove-ča hitrost.

7 5

Kinetična energija se zmanjša

Izstrelku se zmanjša hitrost, ko prestreli jabolko.

Shuttle odpre pada-lo, da se pri ustavljanjuupočasni.

Jabolko pade v sodz vodo in se v njem za-ustavi.


7 6

Kinetična energija telesa je odvisna tudi od njegove mase.

Naredimo poskus.

Potrebujemo dve enako dolgi vrvici, dve enako veliki, vendarrazlično težki kroglici, ter dve enaki škatlici. Kroglici obesimo navrvici in počakamo, da se umirita v ravnovesni legi. Pred njijupostavimo škatlici. Kroglici hkrati odmaknemo iz ravnovesne legeza enaka kota in ju spustimo. Kaj opazimo? Kroglici udarita vškatlici, vendar se prevrne le tista škatlica, ki jo zadene kroglicaz večjo maso. Kroglica z manjšo maso škatlico samo zamaje.

Telesi, ki imata različni masi in se gibljeta z enako hitrostjo, imatarazlični kinetični energiji. Večjo kinetično energijo ima telo z večjomaso.

Vsako gibajoče se telo ima kinetično energijo, Wk. Ta je odvis-na od hitrosti in od mase telesa.

Večja kinetična energija Manjša kinetična energija

Hitrost vozil je 70 kmh .

Kovinska in lesena kroglica padata z iste višine.

Med telesi, ki so podčrtana, izberi tista, ki imajo kinetično energijo. a) Letalo leti visoko po zraku. b) Helikopter lebdi v zraku. c) Kolesar drvi po cesti. č) Policist stoji ob cesti in opazuje promet. d) Veter vrtinči suho listje.

Vrtavko zavrtimo na mizi. Ali ima vrteča se vrtavka kinetično energijo?

Nogometni vratar ujame žogo. Kaj se zgodi s kinetično energijo žoge?

Osebni avto pelje po ravni cesti za tovornjakom in se odloči za prehitevanje. Opiši spremembo kinetične energije avta med prehitevanjem.

Tine dvigne košarkarsko žogo in jo z višine 1 m spusti v peskovnik z zrahljano mivko. Enako naredi z medicinko.a) Katera žoga naredi globlji odtis? b) Katera žoga ima tik nad mivko večjo kinetično energijo? Pojasni odgovor.


7 7

Andrej dvigne nahrbtnik s tal in si ga oprta. Nahrbtnik je zdaj pri-bližno 1 m višje. Pravimo, da se nahrbtniku poveča potencialnaenergija. Ko ga spet odloži na tla, se potencialna energija nahrbt-nika zmanjša.

In kaj se dogaja s potencialno energijo, če Andrej nahrbtnik najprejodloži na mizo, potem pa ga odnese v kot učilnice in ga tam položina stol?

Ko Andrej nahrbtnik odloži na mizo, se nahrbtniku potencialnaenergija zmanjša. Ko ga dvigne, da bi ga odnesel v kot učilnice,se mu potencialna energija nekoliko poveča. Med nošenjem sepotencialna energija nahrbtniku ne spreminja, ko pa ga odloži nastol, se spet zmanjša.

Andrej na koncu šolske ure dvigne nahrbtnik na mizo, da bo vanjpospravil knjige in zvezke. Nahrbtniku se med dviganjem povečapotencialna energija, vendar manj, kot takrat, ko so v njem vsepotrebščine, saj je njegova masa manjša.

Kako pa se bo spreminjala potencialna energija viteza, ki bi se radpovzpel na stolp do svoje izbranke? Lahko gre po stopnicah, sevzpne po lestvi ali pa spleza po drogu.

Ne glede na to, katero pot bo izbral, bo sprememba potencialneenergije v vseh treh primerih enaka, saj je enaka tudi višinskarazlika med izhodiščem in ciljem.

Potencialna energija, Wp, je energija, ki jo ima telo zaradi svojelege. Med dviganjem se povečuje, med spuščanjem oziroma padanjempa zmanjšuje. Kolikšna je sprememba potencialne energije telesa,je odvisno od začetne in končne lege telesa ter od njegove teže.

Katerim podčrtanim telesom se potencialna energija ni spremenila, katerim se je povečala in katerim zmanjšala?a) Raketa se dvigne z izstrelišča.b) Plošček drsi po ledu.c) Opeko prestaviš z največje ploskve na najmanjšo. č) Vrabec zleti s strehe na dvorišče.

Nekdaj so živila v planinske koče tovorili z mulami, danes jih vozijo z žičnico, tovor pa lahko prepeljejo tudi s helikopterjem. Kaj lahko poveš o spremembi potencialneenergije vreče moke, če jo iz Bohinja v kočo na Komni spravijo na vse tri načine?

Boris in Stane kotalita 150 N težke betonske cevi po različnih klancih 1,5 m visoko. Boris kotali cev po deski, ki je prislonjena pod kotom 20°, Stane pa po deski, prislonjeni pod kotom 30°.a) Načrtovalno določi sili, ki sta potrebni za kotaljenje cevi, če trenje zanemarimo.b) Ali se spremembi potencialne energije cevi pri Borisu in Stanetu razlikujeta?

Pojasni odgovor.

fizika 8r_9-4pogl.qxd 30/8/12 14:08 7

Potencialna energija se poveča

Žerjav dvigne 10-tonski tovor 15 m visoko.

Kolesar prikolesarina vrh klanca.

Plezalec premaguje plezalno steno.

Elastično telo se lahko zaradi delovanja zunanje sile raztegne,stisne, upogne ali zvije.

Naredimo poskus.

Z balističnim topičem izstrelimo kroglico. Opazujmo vzmet to-piča.Kaj se je zgodilo? Ko smo vzmet stisnili, smo ji povečali prožnos-tno energijo. Napeta vzmet se je sprožila in odrinila kroglico. Pritem se ji je zmanjšala prožnostna energija.

Pri raztezanju, stiskanju, upogibanju ali zvijanju se prožnemutelesu poveča prožnostna energija, Wpr .

7 8

Potencialna energija se zmanjša

Opeka zdrsne s strehe.

Balon na topli zrakse spušča.

Peresnica pade z mize na tla.


7 9

Prožnostna energija se poveča

Miha napne lok.

Tit raztegne elasti-ko na frači.

Telovadec skoči naponjavo in jo napne.

Katerim podčrtanim telesom se je spremenila prožnostna energija?a) Ana je aluminijasto žico ovila okoli svinčnika.b) Maja je igračko z vzmetjo zaprla v škatlico.c) Mama je z elastiko pričvrstila celofan na kozarec.č) Žoga je priletela v steno.d) Matej si je zavezal vezalke.

Naštej nekaj teles, katerim lahko povečamo prožnostno energijo.

Tine in Tone tekmujeta v streljanju z istim lokom. Tine izstreli puščico 30 m daleč,Tone pa 25 m. Kdo je bolj napel lok? Kdo je povzročil večjo spremembo energije loka?

Ali veš?

... da je v kosu prepečenca okoli 300 kJ energije? Toliko je porabiš, če 6 minut tečeš, 10 minut kolesariš ali 1 uro in pol spiš. Toliko energije porabi avto v 7 sekundah pri hitrosti 80 km

h . 60-vat-na žarnica s toliko energije sveti 1 uro in pol.

... da je v 1 litru bencina 30 MJ energije? To je prav toliko, kot v 15 litrih mleka ali 4 kilogramihsira.

Prožnostna energija se pomanjša

Napeti lok izstrelipuščico.

Veja se zravna, ko z nje otresemo sneg.

Napeta ponjava od-rine telovadca v zrak.


1 J dela opravi sila 1 N, ki delujena poti 1 m v smeri gibanja.

Babica zamahne z motiko. Dvigalo dviga gradbeni material. Tomažnapenja vzmeti. Cvetlični lonček pade z okenske police. Motika,gradbeni material, vzmeti in cvetlični lonček se gibljejo. Gibanjapovzročajo sila babice, sila dvigala, sila Tomaža in teža. Pravimo, dababica, dvigalo, Tomaž in Zemlja opravljajo delo. Pri tem se motiki,gradbenemu materialu, vzmeti in lončku spreminja energija.

V vsakdanjem življenju pa je pojem dela širši. Delamo tudi takrat,ko držimo v rokah napete vzmeti, se učimo, beremo časopis,gledamo televizijo, kuhamo krompir ipd. Ker se pri naštetih dogod-kih opazovana telesa ne premikajo, v fiziki takih opravil ne šteje-mo med dela.

Vlecimo prazen laboratorijski voziček v vodoravni smeri s stal-no silo in ga premaknimo za izbrano razdaljo. Ponovimo poskusin vlecimo enako daleč voziček, naložen s fizikalnimi pripo-močki. Ker vlečemo z večjo silo, pravimo, da je opravljeno delovečje.

Povlecimo nato prazen voziček dlje kakor prej. Pravimo, da smotudi tokrat opravili več dela kakor prvič, saj smo voziček pre-maknili dlje.

Opravljeno delo je odvisno od sile, ki deluje v smeri gibanja, in od poti. Silo in pot znamo izmeri-ti. Kako pa določimo delo?

Dogovorimo se: Če sta sila in pot vzporedni, velja, da je delo produkt sile in poti. Znak za deloje velika črka A.

delo = sila • pot A = F s

Enota za delo je newtonmeter, Nm, ali joule, J. Večji enoti sta 1 kJ in 1 MJ.

8 0


Zgled

Nahrbtnik s šolskimi potrebščinami tehta 120 N. Ko si ga oprtaš na rame, ga dvigneš za 1 m. Kolikodela opraviš?

F = 120 N A = F ss = 1 m A = 120 N • 1 mA = ? A = 120 Nm

A = 120 JOpraviš 120 J dela.

James Prescott Joule (1818–1889), angleški fizik

Joulov oče, bogat angleški pivovarnar, je imel dovolj denarja inposluha za sinovo preučevanje naravoslovnih pojavov, zato mu jeopremil domači laboratorij. Joule je raziskoval pojave, ki so pove-zani s temperaturo in toploto. Z lordom Kelvinom sta raziskovala,kako se vedejo plini pri širjenju v prostor z znižanim tlakom.

Joule je vpeljal enačbo za izračun toplote, ki jo odda električni vod-nik, ko teče skozenj električni tok. Pokazal je tudi, da obstajajorazlične oblike energije, ki se lahko pretvarjajo druga v drugo. Prvije izmeril mehanični ekvivalent toplote. Po njem se imenuje osnovnaenota za delo in energijo.

Sila in pot nista vzporedni.

Vlečne in potisne sile ne delujejo vedno v smeri gibanja. Na-štejmonekaj zgledov.

Po trgovini nosimo nakupovalne košare, učenci nosijo na ramahnahrbtnike, delavci nosijo podpornike. Sila učenca na nahrbtnik,kupca na košaro, delavca na podpornik je pravokotna na smergibanja, zato imenovane sile ne opravljajo dela. Delo naštetih silje nič.

Zgled

Sani, vozičke, zaboje vlečemo ali potiskamo tudi tako, da sta vleč-na ali potisna sila poševni na smer gibanja. Poševno silo razstavi-mo na dve komponenti, od katerih je ena vzporedna s smerjogibanja, druga pa je nanjo pravokotna.

Delo opravlja le komponenta, ki je vzporedna s smerjo gibanja. Delokomponente, ki je pravokotna na smer gibanja, pa je nič.

Izračunajmo delo, ki ga opravi-mo, ko vlečemo sani 10 m dalečs silo 20 N.

Komponenta, vzporedna s smer-jo gibanja, je le 17 N, zato opra-vimo 170 J dela.

8 1

Sani vlečemo naprej in jih tudiprivzdigujemo. Sani potiskamo naprej in proti tlem.


Katera od podčrtanih teles delajo?a) Plašč visi na obešalniku.b) Igor dviga sliko, da jo bo obesil na steno.c) Kolesar s kolesom zapelje v grmovje.č) Ženin nese nevesto čez prag.d) Mizar zabija žebelj.

Alenka tišči vrata, da jih Miha ne more odpreti. Ali Alenka in Miha delata? Pojasni odgovor.

Kolikšno delo opravi traktor, ki vleče plug s silo 1500 N, če pelje sedemdesetkrat po 60 mdolgi njivi. Ali je opravljeno delo večje, če njivo zorje v krajšem času?

Manca dvigne 30 N težko korito za rože na 1,5 m visoko okensko polico. Kolikšno delo pritem opravi?

Kolikšno delo opravi teža 2 m3 vode, če pade na lopatice turbine z višine 30 m?

8 2


8 3

Ali si že kdaj opazoval kegljanje? Kegljač močno zamahne in vrže kroglo proti kegljem. Ta se zako-tali po stezi, in če je met uspešen, podre keglje. Krogla se giblje, torej ima kinetično energijo. In odkod dobi to energijo? Od kegljača, ki pri metu krogle opravi delo. Ker ima gibajoča se kroglaenergijo, tudi sama opravi delo.

Zgledi

Kegljač potisne kroglo s silo 100 N na 1,4 m dolgi poti. Opravi140 J dela. Za 140 J se krogli poveča kinetična energija. Krogli sezmanjša energija, ko podre keglje in pri tem opravi delo.

Kinetično energijo telesu povečamo z delom. Telo, ki ima kinetičnoenergijo, lahko delo opravi. Tedaj se mu kinetična energija zmanjša.

Kinetična energija se telesu poveča za toliko, kolikor znaša skupno delo teles, ki delujejo na opa-zovano telo, in se mu zmanjša za toliko, kolikor dela telo samo opravi na telesih v okolici.

Sprememba kinetične energije je torej enaka opravljenemu delu. Povedali smo izrek o kinetičnienergiji. Zapišemo ga takole: A = ΔWk. Grška črka delta, Δ, je znak za spremembo.

Učenec vleče nahrbtnik po vodoravnih tleh s stalno silo 10 N.Njegova pot je dolga 8 m. Koliko dela opravi? Ali se nahrbtnikuzaradi dela, ki ga opravi učenec, energija poveča?

F = 10 N A = F ss = 8 m A = 10 N • 8 mA = ? A = 80 Nm

A = 80 J

Učenec opravi 80 J dela. Ker mora premagovati trenje, ki med giba-njem deluje nanj, se mu kinetična energija ne poveča.

Za nahrbtnik velja, da med gibanjem nanj delujeta dve nasprotnoenaki sili: sila učenca in trenje. Vsota teh dveh sil je 0 in zato jetudi delo vseh zunanjih sil enako 0.

Da si kmet oprta 50-kilogramsko vrečo žita, jo mora dvigniti 1,5m visoko. Ker ima vreča 500 N, potrebuje za dvig silo najmanj 500N. Kmet opravi 750 J dela, zaradi česar se vreči energija poveča za 750 J. Pravimo, da se vreči za 750 J spremeni potencialna energi-ja. To zapišemo takole: ΔWp = 750 J. Tolikšna bi bila spremembapotencialne energije, ne glede na to ali bi bil kmet v Kopru,Ljubljani ali na Pohorju. Spremembo višine smo namreč merili odtal navzgor.

Pri enakomernem dviganju se telesu spreminja samo potencialnaenergija. Sprememba potencialne energije je odvisna od teže tele-sa Fg in višine h, za kolikor smo ga dvignili. Sprememba poten-cialne energije je v tem primeru pozitivna. Če pa se telo premaknev nižjo lego, je sprememba potencialne energije negativna.Izračunamo jo takole: ΔWp = Fg h.


8 4

Ko raketa ponese satelit v orbito okoli Zemlje, opravi delo. Satelitkroži na določeni višini, če je njegova hitrost približno 8 km

s . Med poto-vanjem do orbite se satelitu večata kinetična in potencialna energi-ja. Raketa pri dviganju satelita opravi več dela, kot bi ga bilo trebaza spremembo potencialne enargije. Zato se satelitu poveča tudikinetična energija, A = ΔWk + ΔWp.

Telesu se spremenita kinetična in potencialna energija za toliko,kolikor dela izmenja z okolico, A = ΔWk + ΔWp.

Zapisali smo izrek o kinetični in potencialni energiji.

Avto na avtocesti povečuje hitrost na poti, dolgi 125 m. Za to je potrebna sila 2000 N. Za koliko kJ se avtu poveča kinetična energija? Uporabi izrek o kinetični energiji.

Frnikola se je kotalila po ravnih tleh. Med kotaljenjem je trenje opravilo 0,5 J dela in frnikola se je zato ustavila. Kolikšno kinetično energijo je imela, ko se je začela kotaliti?

Vid potiska voziček s silo 50 N po vodoravnih tleh 1,5 m daleč, nato ga spusti. Gibanje ves čas zavira sila 30 N.a) Kolikšno delo opravi Vid?b) Kolikšna je kinetična energija vozička, ko ga spusti?c) Voziček se čez nekaj časa ustavi. Koliko dela opravi trenje med ustavljanjem?

Mitja je opravil 30 J dela, ko je počasi dvignil košaro 40 cm visoko. a) Katera energija se je košari povečala in za koliko?b) Košara mu je zdrsnila iz rok in padla na tla. Kaj se je zgodilo z njeno energijo?

Miha postavi 50 N težko torbo z mize na tla. Miza je visoka 90 cm. Za koliko J se torbi zmanjša potencialna energija?

Slika tehta 20 N in visi 1,5 m visoko od tal. Kolikšno potencialno energijo ima slika glede na tla?

V vodnem zbiralniku je 5000 m3 vode. Kolikšno potencialno energijo ima voda glede na uporabnike v kraju, ki leži 50 m nižje?

Od vznožja do vrha vzpetine je 100 stopnic, visokih po 15 cm. Ko se je Mojca povzpela ponjih, se ji je potencialna energija povečala za 7,8 kJ. Koliko tehta Mojca?

Trije otroci hkrati potiskajo drsna vratav narisanih smereh, vsak s silo po

50 N. Vrata se premaknejo za 1,5 m v smeri proti desni.a) Izračunaj, kolikšno delo opravi vsak otrok.b) Koliko dela opravijo vsi skupaj?c) Ali se zaradi opravljenega dela vratom poveča energija?

Kolesar ima ob vznožju klanca 3000 J kinetične energije. Pri vožnji po klancu navzgor opravi še 6000 J dela, od tega 2000 J za premagovanje trenja. Na vrhu klanca ima še 1000 J kinetične energije.a) Primerjaj hitrost kolesarja ob vznožju klanca s hitrostjo na vrhu.b) Kolikšna je sprememba potencialne energije kolesarja?c) Kako visok je klanec, če je masa kolesarja s kolesom vred 60 kg?


8 5

Pri delu si pomagamo s stroji. To so lahko zapletene naprave, kot so pralni stroj, letalski motor, bager,robot za sestavljanje avtomobilov, ali pa preprosta orodja, kot so klešče, škarje, izvijač, žaga, vilice,samokolnica, škripec, prislonjena deska, po kateri kotalimo sod, in druga. Z nekaterimi preprosti-mi orodji si pomagamo pri dvigovanju bremen, saj je sila, ki jo zmoremo, sicer premajhna. Topomeni, da lahko z majhno silo dvigamo težko breme.

Težka vhodna vrata snemamo stečajev. Pod vrata potisnemodrog in ga naslonimo na pod-poro, ki je čim bliže vrat. Drogs podporo je orodje, ki gaimenujemo vzvod. Z vzvodomdvignemo vrata z manjšo silokakor brez njega.

Raziščimo delovanje vzvoda.

Lahko, meter dolgo letev razdelimo na 5 enakih delov, ki so ločeni med seboj z močnimi elastika-mi, za katere vpenjamo vzmetno tehtnico. Letev pri drugi oznaki naslonimo na podporo, na krajšikonec letve pa postavimo opeko. Letev je postala vzvod.

Nekajkrat dvignemo opeko, tako da vsakič spremenimo prijemališče sile roke. Kaj ugotovimo? Silaroke je tem manjša, čim bolj je njeno prijemališče oddaljeno od podpore.


8 6

Ugotoviti želimo, koliko dela opravimo pri vsakem dvigu. Opekodvignemo vsakič do iste višine, zato je sprememba potencialneenergije opeke vedno enaka, torej je tudi vloženo delo vednoenako.

Izmerimo silo roke Fr in pot te sile pri vsakem dvigu. Primerjajmodobljene rezultate. Ugotovimo, da opravi 2-krat manjša sila 2-kratdaljšo pot, 3-krat manjša sila 3-krat daljšo pot itd.

Zgled

Izračunajmo delo roke Ar, ko je za delo z vzvodom potrebna sila7,5 N, ki deluje na poti 0,4 m.

Ar = Fr srAr = 7,5 N • 0,4 mAr = 3 J

Pri dviganju opeke opravi sila roke 3 J dela.

V tabeli so zapisani rezultati meritev in opravljeno delo z vzvodom

prijemališče pot sile roke, sr sila roke, Fr delo, Arsile roke [m] [N] [J]

P1 0,1 30 3P2 0,2 15 3P3 0,3 10 3P4 0,4 7,5 3

Izračunajmo še, za koliko se pri vsakem dvigu opeki poveča poten-cialna energija. Če opeko, ki tehta 30 N, dvignemo za 10 cm, se jipoveča potencialna energija za 3 J, saj opravimo 3 J dela.

Pri dviganju opravimo z vzvodom enako delo kakor brez njega.Sila roke je lahko z uporabo vzvoda manjša od teže telesa. Potsile pa je tolikokrat daljša, kolikorkrat je sila manjša.

Arhimed je ugotovil, da je pri vzvodu lahko majhna sila v ravnovesjuz mnogo večjo silo. Ob tem je pripomnil: »Dajte mi oporno točko in premaknil bom svet.« Kralj je podvomil v to pripombo in izzvalArhimeda, da je sistem vzvodov povezal v škripčevje. Z njim je brezvečjega napora z eno roko potegnil do vrha napolnjeno ladjo iz pri-stanišča na nasprotno obalo.

kljuka za puljenje žebljev

odpirač za kronske zamaške

škarje za rezanje pločevine

samokolnica

ščipalnik za nohte


8 7

S škripci dvigamo bremena. Manjša bremena dvigamo samo z enim škripcem, za težja pa sestavi-mo dva ali več škripcev v škripčevje.

Pritrjeni škripec

Dvignimo utež, ki je težka 10 N, 20 cm visoko. Kolikšno delo opravi sila pri dviganju? Sila opravi 2 Jdela, ker je 10 N • 0,2 m = 2 J. Uteži se je za 2 J povečala Wp.

Dvignimo utež še s pritrjenim škripcem. Izmerimo silo, s katero dvigamo utež, in pot te sile. Sila je10 N, njena pot pa 0,2 m. Pri dviganju uteži s škripcem opravi sila 2 J dela. Sila roke Fr je po velikostienaka sili bremena Fb. Prav tako je pot roke enaka poti bremena.

Preverimo še, ali smer vlečne sile vpliva na njeno velikost.

Poskus pokaže, da je velikost sile, s katero zadržujemo utež, vvseh smereh enaka.

Delo s škripcem je enako delu brez škripca. Z njim delamo laže,ker lahko vlečemo vrv v poljubni smeri.

Gibljivi škripec

Na kavelj obesimo vrvico in jo napeljemo po obodu lahkega škripca. Na škripec obesimo utež, prosti konec vrvice pa povlečemo navzgor. Tudi škripec se z utežjo vredgiblje navzgor. Tako upora-bljenškripec je gibljivi škripec.

Izmerimo silo, ki je potrebna zadviganje 10 N težke uteži, in potte sile. Utež dvignemo za 20 cm.

Če težo škripca zanemarimo, jevlečna sila enaka polovici težebremena, njena pot pa je dva-krat daljša od poti bremena.Zakaj je vlečna sila enakapolovici teže bremena? Škripecvisi na dveh vzporednih vrvicah,vsaka nosi polovico bremena.

s = 20 cm s = 20 cm

s = 20 cm

s2 = 20 cm

s1 = 20 cm


8 8

Škripčevje sestavljajo pritrjeniin gibljivi škripci. Več škripcevsestavimo zato, da zmanjšamovlečno silo.

Hoja v hrib je lažja, če se vzpenjamo po položnejši poti, čepravje ta daljša. Tudi hoja po stopnicah je lažja, če so stopnice nižje,čeprav jih moramo za isto višino prehoditi več. Nakladanje težkihsodov si olajšamo tako, da jih kotalimo po deski. Pripomoček, skaterim spravimo breme na izbrano višino po poševni poti, jeklanec. Uporabljali so ga že Egipčani pri gradnji piramid.

Sestavimo klanec in najprej dvig-nimo voziček s težo 10 N 25 cmvisoko, nato pa ga na isto višinopovlecimo po klancu v dolžini100 cm. Meritve pokažejo, da jepri delu s klancem vlečna sila 4-krat manjša, njena pot pa 4-kratdaljša kakor pri navpičnem dvi-ganju.

Pri dviganju opravimo 2,5 J dela, ker je 10 N • 0,25 m = 2,5 J. Pri vleki po klancu opravimo prav tako 2,5 J dela, saj je 2,5 N • 1 m = 2,5 J. ΔWp vozička je enaka 2,5 J.

S klancem si delo olajšamo.

Orodja nam olajšajo delo, vendar moramo kljub temu premagovati trenje, včasih pa tudi težo orod-ja. Klanec, vzvod in gibljivi škripec uporabljamo zato, da zmanjšamo vlečno ali potisno silo, z neka-terimi orodji pa spremenimo celo njeno smer. Vedeti moramo, da je pot sile 2-krat, 3-krat daljša, čeje sila 2-krat, 3-krat manjša. Dviganje zelo težkih bremen je brez uporabe orodij nemogoče.

S škarjami prereži list časopisnega papirja in kos lepenke. Bodi pozoren na lego papir-ja in lepenke med rezili. Opiši to lego in jo pojasni.

ΔWp je enako 2,5 J.


8 9

Kje moraš prijeti lopato z eno roko in kje z drugo, da lažje nalagaš pesek na prikolico?

S katerim ključem lažje odviješ močno zategnjen vijak? Pojasni odgovor.

Zidar dvigne vedro malte, ki tehta 150 N, z gibljivimškripcem na 3 m visok zidarski oder. Na sosednjem gradbišču za dvigovanje enako težkega vedra malte na isto višino uporabljajo pritrjeni škripec. Določi velikosti količin v spodnji preglednici.

sila roke pot sile roke delo rokegibljivi škripec F1 = s1 = A1 =pritrjeni škripec F2 = s2 = A2 =

Mornarji so natovarjali sode z maso po 80 kg na 2 m visoko palubo ladje. Eden si je pomagal s 5 m dolgo desko, druga dva pa s pritrjenim škripcem. a) S kolikšno silo je delal mornar, ki si je pomagal s klancem?

Silo, potrebno za kotaljenje sodov po klancu določi načrtovalno.S kolikšno skupno silo sta mornarja dvigovala sode s škripcem?

b) Kolikšno delo so opravili vsakič, ko so spravili sod na palubo?


9 0

Reši izpolnjevanko!Rešitev izpolnjevanke je pojem, ki velja za vzvod.

1. Skupno ime za naprave, s katerimi si olajšamo delo.2. Dolga deska, prislonjena k tovornjaku, ki pomaga pri natovarjanju.3. Toga palica za dviganje pokrovov.4. Enota za silo.5. Količina, ki jo merimo v metrih, kilometrih ali manjših enotah.6. Pripomoček za prevoz rude.7. Količina, ki je produkt sile in poti.8. Količina, ki jo merimo z vzmetno tehtnico.9. Priimek fizika, po katerem se imenuje enota za delo.

10. Nakopičena je v hrani, vodi, premogu ...

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10


Pri kopanju jarka za kabelsko televizijo del jarka kopljejo s stroji,krajši odsek v bližini hiše pa delavec izkoplje z ročnim orodjem.Stroj izkoplje v eni uri 30 m jarka, delavec pa le 2 m. Torej opravistroj v enakem času več dela. Pravimo, da stroj dela z večjo močjo.

Moč je količnik dela in časa. Označimo jo z veliko črko P.

moč = deločas P = A

t

Enota za moč je joule na sekundo, Js , ali Nms ali watt, W.

Ker je watt majhna enota, uporabljamo tudi večje: kilowatt, kW,megawatt, MW.

Zgleda

Črpalka črpa vodo iz vodnjaka. Iz globine 30 m načrpa 1600 kgvode v 20 minutah. S kolikšno močjo dela?

Za dvigovanje vode iz vodnjaka je potrebno delo, ki ga opravičrpalka. Za opravljeno delo se vodi poveča potencialna energija.

h = 30 mm = 1600 kg; Fg = 16 000 N t = 1200 s P = ?

P = At

P = 480 000 J

P = 400 W

Črpalka dela z močjo 400 W.

Avto pelje enakomerno, in sicer s hitrostjo 20 ms . Upor zraka je2500 N. Kolikšna je moč motorja?

Gibanje avta je enakomerno, zato je sila upora nasprotno enakasili avta.

F = 2500 N P = F vv = 20 ms P = 2500 N • 20 msP = ? P = 50 000 Nm

sP = 50 000 W = 50 kW

Moč motorja je 50 kW.

A = ΔWp

ΔWp = FghΔWp = 16 000 N • 30 mΔWp = 480 000 J

A = 480 000 J

9 1

1200 s

P = At

P = F st

P = F v


9 2

žepni kalkulator 0,0009 W

konj 490 W

osebni avtood 25 kW do 350 kW

jedrska elektrarna v Krškem630 MW

James Watt (1736–1819), britanski inženir in fizik

James Watt se je rodil leta 1736 v Glasgowu. Že kot otrok je v očetovidelavnici izdeloval svoje prve modele orodij. Izdelovanja preciznihinstrumentov pa se je izučil v Londonu.

Med drugim se je ukvarjal tudi z izdelovanjem glasbenih instrumen-tov in k nauku o zvoku prispeval nekaj novih spoznanj.

V bližini Birminghama je z Matthewom Boultonom odprl tovarnostrojev. Prijavil je veliko patentov. Z Boultonom sta zasnovala takoimenovani dvojni parni stroj, ki je izkoriščal moč pare tako pri dvigo-vanju bata kot pri spuščanju. Iznajdba parnega stroja je povzročilavsestranski in hiter razvoj industrije.

Enota za moč se po njem imenuje watt.

S KOLIKŠNO MOČJO DELAJO?

Mojca opravi delo v 30 minutah, Janja pa v 60 minutah. Katera dela z večjo močjo?

Tomaž ima 60 kg. Z dvigalom se zapelje 15 m visoko v 10 sekundah.S kolikšno močjo ga dviga dvigalo?

V elektrarni je turbina 50 m nižje od gladine vode v jezu. Od tam vsako sekundo padena turbino 113 m3 vode.Kolikšna je moč padajoče vode?

Pri napornem fizičnem delu človeško srce utripne 150-krat v minuti. Ob vsakem utripuopravi toliko dela, kolikor ga človek opravi pri dvigu 5 N težkega bremena do višine 0,4 m.S kolikšno močjo dela srce?

Kolesar poganja kolo s stalno silo 5 N, zato se po vodoravni cesti pelje enakomerno,in sicer s hitrostjo 10 ms .Kolikšna je moč kolesarja?


Kroglico spustimo z roba polkrožnega žleba. Zaradi teže se gibljepo žlebu navzdol vedno hitreje, po žlebu navzgor pa počasneje.

Pri gibanju po žlebu navzdol se kroglici manjša potencialna energi-ja. Ker se ji veča hitrost, se ji veča kinetična energija.

Ko se kroglica kotali po žlebu navzgor, se ji kinetična energijazmanjšuje, potencialna pa povečuje.

Naredimo poskus

Žogico spustimo, da pade na mizo in se odbije. Predpostavimo, dase žogica odbije z enako hitrostjo, kakršno je imela pred trkom zmizo. V tem primeru je trk elastičen in žogica se po odboju dvi-gne do iste višine, s katere smo jo spustili. Opišimo energijskepretvorbe.

Žogici med padanjem narašča kinetična energija na račun poten-cialne (1). Potencialna energija žogice se pretvarja v kinetičnoenergijo. Ob trku z mizo se žogica hitro zaustavi in se elastičnodeformira. Pri tem se zmanjša kinetična energija, za prav tolikopa naraste prožnostna energija stisnjene žogice (2).

Pri odboju se dogaja obratno. Prožnostna energija žogice se pret-varja v kinetično, dokler se žogica ne odlepi od mize (3). Kinetičnaenergija žogice se pri dviganju pretvarja v potencialno (4).

Vsakokrat se ena oblika energije pretvarja v drugo. Pri tem seves čas padanja ali dviganja ohranja vsota kinetične in poten-cialne energije. Ob stiku s tlemi se ohranja vsota kinetične inprožnostne energije. Za opisani zgled lahko rečemo, da se je vceloti ohranjala vsota vseh treh energij skupaj. Skupna energi-ja kroglice je W = Wk + Wp + Wpr.

Skupna energija žogice med padanjem

Dvignjena žogica ima 4 J potencialne energije. Med padanjem sepotencialna energija žogice pretvarja v kinetično. Kinetična energi-ja se veča na račun potencialne energije. Skupna energija pa ostanenespremenjena.

9 3

4

V zabaviščih je posebno vznemirljiva vožnja po »stezismrti«. Vagončke z verigopotegnejo na vrh strmine in spustijo. Po stezi dol in gorse gibljejo samodejno, brezmotorja. Pri tem se potencial-na energija vagončkov pret-varja v kinetično energijo, ta pa ponovno v potencialnoin tako dalje. Na koncu progevagončke ustavijo z močnimizavorami.

višina [m] Wp [J] Wk [J] W [J]4 4 0 43 3 1 42 2 2 41 1 3 40 0 4 4

1 2 3 4


9 4

Kroglico in žogico smo opazovali le kratek čas. Pri daljšem opa-zovanju bi ugotovili, da dosegata vedno manjše višine in se nazad-nje ustavita. Pri vseh gibanjih se pojavlja še oblika energije, ki jobomo opisali v naslednjem poglavju.

V zgornjih primerih smo opisovali energijske pretvorbe enega te-lesa. Opišimo še pretvorbo v sistemu dveh opazovanih teles.

Lokostrelec napne lok in izstreli puščico. Napeti lok je imelprožnostno energijo, izstreljena puščica pa kinetično. Prožnost-na energija loka se je torej pretvorila v kinetično energijopuščice.

Jasmina priteče, skoči na odrivno desko in se požene v vodo.a) Opiši energijsko pretvorbo, ko Jasmina skoči na desko.b) Opiši energijsko pretvorbo, ko deska odrine Jasmino v zrak.c) Opiši še pretvorbo energije, ko Jasmina z najvišje točke pada proti vodni gladini.

Opazuj nihanje nitnega nihala in odgovori na vprašanja. a) V kateri legi ima nihalo največjo hitrost?b) V kateri legi ima največjo potencialno energijo?c) V kateri legi se za hip ustavi? Kolikšna je v tej legi

kinetična energija?č) Dopolni povedi o energijskih pretvorbah nitnega nihala:

Ko nihalo spustimo iz skrajne lege A proti ravnovesnilegi B, se potencialna energija nihala pretvarja v______________ energijo.Pri nihanju iz ravnovesne lege B v drugo skrajno legoC se ______________ energija nihala pretvarja v ______________ energijo.

Pri skoku z mostu z elastiko (bungee jumping) se energija skakalca pretvarja venergijo elastike. Dopolni povedi. Skakalcu se po skoku z mostu veča ______________ energija tako dolgo, dokler ne začne napenjati elastike. Ko pri padanju napenja elastiko, se njegova potencialna in kinetična energija pretvarjata v ______________ energijo elastike.

Puščice med oblački prikazujejo možne energijskepretvorbe. Na primer: smučar skakalec se spusti pozaletišču. Potencialna energija smučarja se pretvarja vkinetično energijo. Opiši energijske pretvorbe opazovanega telesa ali sistema dveh teles. a) Hruška pada z drevesa.b) Pritrjeno vijačno vzmet napneš in nato spustiš.c) Napeto ravnilo sune kroglico. Opazovani sistem sta ravnilo in kroglica.č) Telovadec skoči na ponjavo in jo napne. Opazovani sistem sta telovadec in ponjava.d) Matevž brcne nogometno žogo. Opazovani sistem sta Matevž in žoga.e) Utež obesi na vzmet in jo počasi spuščaj do ravnovesne lege.


mpf2 delo%20in%20energija

Documents