Fagstoff

Repetisjon: arbeid, energi og effekt

Publisert: 25.08.2010, Oppdatert: 03.03.2017
  • Innbygg
  • Enkel visning
  • Lytt til tekst
  • Skriv ut
Jeg har gravd et hull

Arbeid er et hverdagslig ord, som vi bruker om alt det vi gjør for å tjene penger til livets opphold. Men ordet arbeid har i fysisk sammenheng et mer spesifikt innhold, og det skal vi se mer på nedenfor.

Vi skal blant annet se på hvordan tyngden, som kommer av gravitasjonen, tiltrekningskraften mellom masser, er årsak til at vi må gjøre mye av det arbeidet vi gjør. Tyngden fører til at legemer presses mot hverandre, og det oppstår friksjon.

Bevegelse uten friksjon

La oss først leke litt og se på hvordan gravitasjonen fungerer i verdensrommet. Der kan legemer bevege seg fritt, helt uten friksjon. Animasjonen nedenfor viser et system med to soler og en planet. Sett planeten i bevegelse mellom solene, og se hva som skjer! Se også hva som skjer når du endrer solmassene, og hvordan ørsmå endringer i planetens utgangshastighet virker.

You are missing some Flash content that should appear here! Perhaps your browser cannot display it, or maybe it did not initialise correctly. Download player
To soler og en planet
 

Hvor mye arbeid gjør vi?

Det er mulig å regne ut hvor mye arbeid vi gjør, i fysisk forstand. Av og til er det enkelt, for eksempel hvis man skal dra en kasse bortover et jevnt, flatt gulv. Andre ganger er det vanskelig, som når man skal grave opp jord og stein fra en grøft.
Prinsippet for beregningene er at man bruker en viss kraft i en viss tid for å overvinne friksjon, eller for å flytte et legeme til et sted med høyere energi. Hvis vi drar en kasse bortover et gulv, snakker vi om hvor mye arbeid vi "gjør på" kassen. Det er fordi det gjerne er det vi vil fram til, men samtidig "gjør" vi mye arbeid på vår egen kropp mens vi utfører arbeidet på kassen, men det bryr vi oss ikke så mye om (kanskje fordi det er vanskelig å beregne).

Hva slags arbeid gjør vi?

Vi kan lage oss en oversikt over arbeid vi utfører mange ganger i løpet av en dag:

  • Vi overvinner friksjon, som blir til varme til omgivelsene.
  • Vi aksellererer og bremser ting vi flytter rundt.
  • Vi løfter ting til en høyere posisjon, slik at energien lagres som potensiell energi.
  • Vi kaster ting, slik at de får kinetisk energi.


Prøv selv, se om dine beregninger stemmer med forsøkene

Klikk på bildet nedenfor, og prøv ut simuleringen "Rampa". Der kan du skyve forskjellige gjenstander langs et flatt eller skrått underlag, eller du kan gjøre rampa så skrå at gjenstanden sklir av seg selv. Regn ut hvilke krefter som er nødvendige for å flytte gjenstandene, og prøv ut i simuleringen om svaret ditt stemmer. Legg merke til at simuleringen har grafer som viser krefter, energi og arbeid.

Nedenfor bildet er det noen aktuelle formler du kan bruke til beregninger. Når du setter simuleringen på pause, kan du bruke informasjonen i grafene som fasit for beregningene dine.

   

 

Nødvendig skyvekraft på et flatt underlag

For å klare å skyve en gjenstand bortover et flatt, horisontalt underlag må du minst bruke så mye krefter:

skyvkraft=tyngde·friksjonskoeffisientskyvkraft=masse·g·friksjonskoeffisientskyvkraft=masse·9,81ms2·friksjonskoeffisient

 

Skyving oppover et skråplan

Når du skal skyve noe oppover et skråplan, må du både overvinne tyngdekraften og friksjonen. Dess brattere skråplanet blir, dess mindre blir friksjonskraften, mens tyngdekomponenten langs skråplanet øker. Sin v og cos v er sinus og cosinus til skråplanets helningsvinkel.

skyvkraft=friksjonskraft+tyngdekomponentskyvkraft=tyngde·cos v·friksjonskoeffisient+tyngde·sin v

 

Skyving nedover et skråplan

Når du skyver gjenstanden nedover skråplanet, får du hjelp av tyngdekraften, så da blir formelen slik:

skyvkraft=friksjonskraft-tyngdekomponentskyvkraft=tyngde·cos v·friksjonskoeffisient-tyngde·sin v

 

Gjenstanden sklir av seg selv nedover skråplanet

Du kan også løfte enden av skråplanet så høyt at gjenstanden akkurat glir nedover av seg selv. Regn ut vinkelen fra formelen nedenfor, og se som det stemmer med det du leser av fra diagrammene i simuleringen.

tyngdekomponenten langs skråplanet=tyngden·friksjonskoeffisienten·cos v

 

Potensiell energi som er tilført en ting

Når du skyver en ting oppover skråplanet, tilfører du den stillingsenergi eller potensiell energi. Det er energi som kan utløses hvis tingen faller ned eller sklir ned skråplanet igjen. Hvor mye energi som er tilført i simuleringen vår, kan finnes med utregningen nedenfor. Epot er potensiell energi, m er massen til gjenstanden, g er tyngdens akselerasjon, h er høyden, l er lengden langs skråplanet, og v er helningsvinkelen på skråplanet:

Epot=m·g·hEpot=m·g·sin v·l (bruk målebåndet for å finne l, eller les av direkte)

 

Mengden energi som brukes på friksjon

Energien som brukes på å overvinne friksjon, går over til varme. Efriksjon er friksjonsenergien, normalkraften er kraften vinkelrett på underlaget, g er tyngdens akselerasjon, og s er avstanden som er tilbakelagt.

Efriksjon=normalkraft·friksjonskoeffisient·s

 

Kinetisk energi, bevegelsesenergi

Hvis du legger ned skråplanet og gjør kontakten med bakken friksjonsløs, kan du gi gjenstanden en fart som den fortsetter med også etter at du slutter å skyve. Sett simuleringen på pause slik at du kan lese av farten og beregne den kinetiske energien til gjenstanden. Kontroller mot energidiagrammet. Ekinetisk er kinetisk energi, m er massen, og v er farten.

Ekinetisk=12·m·v2

 

Helt til slutt, hva er effekt?

Effekt er et begrep som forteller noe om hvor raskt vi klarer å gjøre et arbeid. Vi kan gjøre en viss mengde arbeid med liten effekt over lang tid, eller vi kan gjøre det samme arbeidet på kortere tid, med større effekt. Effekt er altså arbeid per tidsenhet.
Relatert innhold

Generelt