Fagstoff

Arbeid og energi

Publisert: 27.01.2010
  • Innbygg
  • Enkel visning
  • Lytt til tekst
  • Skriv ut

Hver gjenstand har energi. Det kan være i form av indre energi, kinetisk energi, potensiell energi, osv. Når gjenstanden avgir eller får tilført energi skjer det en energioverføring. Energioverføring kan skje som arbeid eller som varme. Når vi løfter en stein utfører vi et arbeid, hvor vi overfører energi fra oss til steinen. Steinen får dermed økt sin energi. Når vi setter en kjele med kaldt vann på en varm plate vil platen overføre energi som varme til det kalde vannet ved varmeledning. Vannets energi øker. Sola overfører energi til oss i form av stråling. Varme er energioverføring fra et legeme med høy temperatur til et legeme med lavere temperatur. Den kan skje ved ledning eller stråling. Vi skal i det følgende se nærmere på energioverføringen som skjer ved arbeid. Etterpå skal vi ta for oss forskjellige energiformer.

Når vinkelen mellom kraften F og forflytningen s er 90° utføres det ikke arbeid.Når vinkelen mellom kraften
Opphavsmann: Narom

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Når vinkelen mellom kraften og forflytningsretningen er null er arbeidet lik produktet av kraften og forflytningen. Her er W = F · s = G · h = m · g ·Når vinkelen mellom kraften og forflytningsretningen er null er arbeidet lik produktet av kraften og forflytningen. Her er
Opphavsmann: Narom

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Arbeid og effekt

I fysikken definerer vi arbeid (W) på følgende måte: Arbeid = produktet av kraften Fs ganger vei i bevegelsesretning s.

$$ W = \vec{F}_s \cdot \vec{s} = F_s \cdot s \cdot \cos \alpha$$

Måleenheten for arbeid og energi er joule (J), der

$$ 1 \mathrm{ J} = 1 \mathrm{ Nm} = 1 \frac{\mathrm{kg}\cdot\mathrm{m}}{\mathrm{s}^2}$$

Vår definisjon av arbeid fører til en forflytning/forskyvning. Om vi bruker mye kraft på å løfte en kasse, men ikke lykkes, har vi ikke utført noe arbeid

Kraftkomponenten i bevegelsesretningen, Fs. Figuren viser at den kan beregnes som Fs = F · cos α.Kraftkomponenten i bevegelsesretningen,
Opphavsmann: Narom

 

 

Eksempel: Arbeid

  1. Vi drar en koffert med en kraft på 100 N en strekning på 5 m over gulvet. Vinkelen mellom armen og gulvet er 60°. Hvor mye arbeid utfører vi på kofferten?

    Svar: W = F · s · cos a = 100 N · 5 m· cos 60° = 250 J
    Vi utfører et arbeid på 250 J på kofferten.
  2. Vi bærer en koffert som har en tyngde på 100 N en 5 m lang strekning. Vi går med konstant fart. Hvor mye arbeid har vi utført på kofferten?

    Svar: Når vi bærer kofferten er vinkelen mellom kraften og bevegelsesretningen 90°. Siden vi forutsetter jevn fart og ingen luftmotstand trenger vi ifølge Newtons 1. lov ingen kraft til å opprettholde bevegelsen.
    $$ W = F \cdot s \cdot \cos \alpha = 100 \mathrm{ N} \cdot 5 \mathrm{ m} \cdot \cos\, 90^\circ = 0 \mathrm{ J}$$
    Når vinkelen mellom kraften og forflytningen er 90° utfører denne kraften ingen arbeid på kofferten. Her har vi enda et eksempel på ulik bruk av begrepet arbeid i fysikken og i dagligtale.

Når vi løfter en gjenstand utfører vi et arbeid. Vi bruker en kraft som er like stor som tyngden G til gjenstanden. Forflytningen er gitt ved høyden h. Formelen for arbeid blir da:

$$ W = \vec{F}_s \cdot \vec{s} = m\cdot h = m\cdot g\cdot h$$

 

Eksempel: Arbeid mot tyngdekraften

Hvor mye arbeid må vi utføre på en koffert på 15 kg som vi løfter 1,2 m opp?


Svar: W = Fs · s = G · h = m · g · h =
15 kg · 9, 81 m/s2 · 1, 2 m = 176 J


Vi må utføre et arbeid på 176 J.

 

Effekt

Effekten – som vi symboliserer med P (fra engelsk power) er definert som arbeid dividert på tid:

 

$$ P=\frac{W}{t}$$

 

Måleenheten for effekt er watt (W), der

 

$$ 1 \mathrm{ W} = 1 \frac{\mathrm{J}}{\mathrm{s}} = 1 \frac{\mathrm{Nm}}{\mathrm{s}} $$

Vi jobber effektivt, når vi utfører et arbeid på kort tid. En gammel måleenhet for effekt som ikke tilhører SI-systemet, er hestekrefter (hk): 1 hk = 735,5 W.

 

Eksempel: Effekt

En motor trenger 8,0 s for å løfte 1000 kg 5,0 m . Hvilken effekt avgir motoren?

$$ P=\frac{W}{t}= \frac{m\cdot g\cdot h}{t}$$

 

Svar:

$$ \frac{1000 \mathrm{ kg} \cdot 9,81 \mathrm{ m/s}^2 \cdot 5,0 \mathrm{ m}}{8,0 \mathrm{ s}} =6,1 \mathrm{ kW}$$
Motoren avgir 6,1 kW.