Embedded Files
De wet van behoud van energie is erg interessant om mee te rekenen. Zélfs als ze niet geldig is omdat er energieverliezen optreden.
OEFENING
Iemand laat een bal (m = 0,143 kg) vallen van Willis Tower in Chicago (h = 443 m). De bal raakt de grond met een snelheid van 42 m/s. Hoeveel energie is die bal verloren omdat de luchtweerstand zijn val tegenwerkt? (Dus: hoeveel energie is er omgezet naar warmte-energie?)
Eerst berekenen we de zwaarte-energie als de bal boven is.
Ez = 621 J
Als er geen wrijvingskracht op de bal zou werken, dan zou deze energie tijdens de val volledig worden omgezet in kinetische energie (behoud van energie).
Maar de bewegingsenergie is maar: Ek = 126 J
Het energieverlies is dus 495 J
Deze "verloren" energie vind je terug onder de vorm van een temperatuurstijging van de bal en van de omringende lucht. Je voelt ook wind als de bal voorbij komt tijdens zijn val. De bal duwt de luchtmoleculen op zijn weg letterlijk opzij.
OEFENING
Gebruik de simulatie Energie schaatspark > Meting.
Schakel het rooster in. Schakel de wrijving uit. Laat het meisje op 5 meter hoogte starten.
Bereken welke snelheid ze gaat hebben als ze zich op het laagste punt bevindt.
Bereken welke snelheid ze gaat hebben als ze aan de andere kant 2 meter hoog is.
Controleer je antwoord door de "meting" te doen.
OEFENING
Een veersysteem trilt op en neer. De maximum verplaatsing t.o.v. de evenwichtspositie is 8 cm. De veer heeft een krachtconstante (k) van 30 N/m. De massa die er aanhangt bedraagt 70 gram. Bereken de snelheid waarmee de massa door de evenwichtspositie gaat.
OPLOSSING
v = 0,52 m/s
OEFENING
Ik gooi een bal van 0,20 kg verticaal naar omhoog. De bal vertrekt uit mijn hand 1,50 m van de grond en met een snelheid van 8,0 m/s.
Hoe hoog kan de bal maximaal komen?
En waarom bereikt hij die hoogte niet?
OPLOSSING
Bereken de kinetische energie waarmee de bal vertrok:
De kinetische energie wordt volledig omgezet naar zwaarte-energie. We kunnen dus het hoogteverschil berekenen:
De bal bereikt dus deze hoogte: h = 4,8 m.
Deze hoogte is de maximum hoogte als er geen energieverlies door luchtweerstand is.
Maar er is in realiteit wél luchtweerstand. De bal komt dus minder hoog.
OEFENING
Een proton verliest potentiële elektrische energie in een deeltjesversneller.
In deze oefening veronderstellen we dat het proton versnelt in een elektrisch veld met een veldsterkte van 2,0 ∙ 104 V/m. (Let op de eenheid! ➡ volt per meter.)
Hoe snel gaat het proton als het vanuit stilstand vertrekt en 5,00 m kan reizen?
Om deze oefening op te lossen heb je de volgende zaken nodig:
q = + 1,602176634 ∙ 10−19 C (de elektrische lading van 1 proton; C staat voor coulomb).
m = 1,67262192369 ∙ 10-27 kg (de massa van 1 proton).
de definitie van de volt: 1 V = 1 J/C (dit is de eenheid van elektrische spanning, de eenheid van elektrisch potentiaalverschil).
OPLOSSING
1 volt = 1 joule per coulomb.
Dat wil zeggen dat 1 coulomb lading 1 joule potentiële energie heeft.
Maar het elektrisch veld is hier 20 kV per meter (= 2,0 ∙ 104 V/m). Dat wil zeggen dat een lading van 1 coulomb hier 20 kJ energie wint of verliest bij een verplaatsing van 1 meter.
Onze lading verplaats zich 5 meter en de lading is niet 1 C
maar 1,602176634 ∙ 10−19 C.
Het verschil in potentiële energie is dus:
Die potentiële energie wordt omgezet in kinetische energie. De lading krijgt dus snelheid.
Dat is meer dan 1 % van de lichtsnelheid!
EXTRA OEFENINGEN
EXTRA OEFENINGEN
... VIND JE IN JE WERKBOEK.
Page updated
Report abuse