Energie - basis
KORTE SAMENVATTING VAN WAT JE LEERDE IN DE 2E GRAAD
Embedded Files
"Verandering van toestand" veroorzaken = arbeid leveren
"Verandering van toestand" veroorzaken = arbeid leveren
Als je "iets doet", als je "moeite doet", dan veroorzaak je een “verandering van toestand”.
Je kent zeker deze "veranderingen van toestand":
verandering van snelheid
verandering van temperatuur
verandering van hoogte
verandering van chemische samenstelling
verandering van elektrische lading
verandering van vorm
verandering van hoeveelheid straling
"Moeite doen", een “verandering van toestand” veroorzaken, dat noemen we in de fysica ARBEID LEVEREN.
GROOTHEID - ARBEID
De ARBEID (W) die een voorwerp (of kracht) op een ander voorwerp verricht, bereken je door de verplaatsing (∆x) van dat voorwerp te vermenigvuldigen met de krachtcomponent (Fx) met dezelfde richting als die verplaatsing.
Als je van een kracht (F) de krachtcomponent (Fx) in de richting van de verplaatsing wil berekenen doe je dat zó:
Hier hebben we uiteraard de positieve x-richting gekozen volgens de richting en zin van de beweging.
Daarom wordt dit de basisformule om een arbeid te berekenen:
De basisformule voor ARBEID
De ARBEID (W) die een voorwerp (of kracht) op een ander voorwerp verricht, bereken je door de verplaatsing (∆x) van dat voorwerp te vermenigvuldigen met de krachtcomponent met dezelfde richting als de verplaatsing.
DE S.I.-EENHEID van ARBEID - joule (J)
Een arbeid (W) drukken we uit in joule (J).
Arbeid berekenen met de oppervlaktemethode
Arbeid berekenen met de oppervlaktemethode
Als je een arbeid (W) berekent in situaties waar er een rechtlijnige verplaatsing is omwille van een kracht die niet verandert, doe je dat met deze formule
Als de kracht (F) niet constant is, dan kan je die formule niet zomaar gebruiken!
OEFENING
We verplaatsen een voorwerp 60 m door in de richting van de beweging een constante kracht van 200 N uit te oefenen.
Bekijk eerst de grafiek van de kracht (F) in functie van de verplaatsing (∆x). ➡
Hoe groot is de arbeid die we hebben verricht?
OPLOSSING
W = F∙∆x = 200 N ∙ 60 m= 12000 J
Merk op dat je een soort "oppervlakte" onder de grafiek hebt berekend!
Oppervlakte rechthoek = L x B.
Hier:
L = 60 m (We nemen de eenheid mee!)
B = 200 N (We nemen de eenheid mee!)
dus L x B = 60 m ∙ 200 N = 12000 N∙m = 12000 J
OEFENING
We verplaatsen een voorwerp 60 meter. Tijdens de verplaatsing wordt de kracht altijd maar kleiner volgens het profiel dat je ziet in de grafiek. ➡
Hoe groot is de arbeid die we hebben verricht?
OPLOSSING
Hier kunnen we de basisformule W = F∙∆x niet meer gebruiken.
We kunnen wel nog steeds de techniek met de "oppervlakte" gebruiken.
De oppervlakte onder de kromme is hier de oppervlakte van een driehoek en de oppervlakte van een rechthoek.
W = ( 100 N ∙ 60 m ) + (200 N ∙ 60 m) / 2 = 12000 N∙m = 12000 J
De geleverde arbeid is dus 12000 J
DE OPPERVLAKTEMETHODE
De arbeid die wordt verricht door een kracht is de "oppervlakte" onder de kromme in het verplaatsing-kracht-diagram.
Als je de kracht (F) kent op elke plaats (x), dus als je de functie F(x) kent, dan kan je de arbeid (W) berekenen die werd verricht als het object wordt verplaatst tussen een positie x = x1 en een positie x = x2 door de "oppervlakte" te bereken die wordt begrensd tussen positie x1 en positie x2 .
Je berekent dus de bepaalde integraal van de functie F(x).
Als je de kracht (F) kent op elke plaats (x), dus als je de functie F(x) kent, dan kan je de arbeid (W) berekenen die werd verricht als het object wordt verplaatst tussen een positie x = x1 en een positie x = x2 op de volgende manier berekenen:
Energie hebben = arbeid kunnen verrichten
Energie hebben = arbeid kunnen verrichten
GROOTHEID - ENERGIE
De energie (E) die een voorwerp bezit, is een maat die uitdrukt hoeveel "verandering van toestand" dat voorwerp KAN (!) veroorzaken.
De energie (E) die een voorwerp bezit, geeft aan hoeveel arbeid dat voorwerp KAN (!) verrichten.
S.I.-EENHEID - JOULE
Een hoeveelheid energie drukken we uit in joule (J) :
Arbeid & energie
Arbeid & energie
Merk op dat, als een voorwerp arbeid verricht, dit voorwerp energie verliest.
Een batterij die 70 kJ (chemische) energie bevat, kan voor 70 kJ "veranderingen van toestand" veroorzaken. Als die batterij dus 70 kJ arbeid heeft verricht (W = 70 kJ) is ze "leeg" omdat ze 70 kJ energie kwijt is (∆E = -70 kJ).
Een voorwerp dat arbeid levert, verliest energie.
met hierin:
W de arbeid die het voorwerp levert.
∆E de verandering van de energie van dat voorwerp.
Energiesoorten
Energiesoorten
Een voorwerp kan energie hebben om allerlei redenen. Je kent al zeker de volgende ENERGIEVORMEN.
GRAVITATIONELE ENERGIE, ZWAARTE-ENERGIE, HOOGTE-ENERGIE
→ het voorwerp kan "iets doen" omdat het zich hoog bevindt (en dus kan vallen omdat er zwaartekracht is.)ELASTISCHE ENERGIE, VEER-ENERGIE
→ het voorwerp kan "iets doen" omdat het opgespannen (vervormd) is.KINETISCHE ENERGIE, BEWEGINGSENERGIE
→ het voorwerp kan "iets doen" omdat het beweegt.CHEMISCHE ENERGIE
→ het voorwerp kan "iets doen" omdat het van een bepaald materiaal gemaakt is.THERMISCHE ENERGIE, WARMTE-ENERGIE
→ het voorwerp kan "iets doen" omdat het warm is.STRALINGSENERGIE
→ de energie die elektromagnetische straling met zich meedraagt.KERNENERGIE
→ de energie die je kan gebruiken wanneer atoomkernen veranderen.ELEKTRISCHE ENERGIE
→ het voorwerp kan "iets doen" omdat het elektrisch geladen is.
Als deze rots zou omvallen, dan veroorzaakt hij veel schade. Hij heeft veel zwaarte-energie.
Alle energievormen worden onderverdeeld in 2 groepen: kinetische energie & potentiële energie.
Kinetische energie is eenvoudig. Een voorwerp heeft kinetische energie omdat het een snelheid heeft. Het kan dus "veranderingen van toestand" veroorzaken (= arbeid leveren) omdat het een snelheid heeft.
Een voorwerp heeft potentiële energie omdat het zich op een bepaalde plaats bevindt waar het een kracht voelt. Als die kracht niet wordt tegengewerkt, zal die kracht het voorwerp een snelheid geven.
Een voorwerp heeft KINETISCHE ENERGIE omdat het een SNELHEID heeft.
Een voorwerp heeft POTENTIËLE ENERGIE omdat het zich op een bepaalde PLAATS bevindt.
Dingen kunnen om verschillende redenen "veranderingen van toestand" veroorzaken. Dingen hebben dus om verschillende redenen energie. Daarom spreken we over verschillende energievormen.
De hoeveelheid energie die een voorwerp bezit kan je berekenen (en meten). Daarvoor heb je uiteraard een formule nodig. De verschillende energievormen hebben elk hun eigen formule(s).
Zwaarte-energie
Zwaarte-energie
TERMINOLOGIE - ZWAARTE-ENERGIE (EZ), GRAVITATIONELE POTENTIËLE ENERGIE (Epot,G)
Zwaarte-energie (EZ) is de energie die een voorwerp krijgt als je het omhoog brengt, tegen de zwaartekracht in.
Zwaarte-energie (EZ) is de energie die een voorwerp met massa m heeft omdat het zich op een bepaalde hoogte (h) in het zwaartekrachtveld bevindt.
Dit is de formule om de zwaarte-energie te berekenen:
met hierin:
h de hoogte t.o.v. de referentiehoogte (waar we EZ nul kiezen).
g de zwaarteveldsterkte (op aarde: g = 9,8 N/kg).
m de massa van het voorwerp.
Veerenergie
Veerenergie
TERMINOLOGIE - VEERENERGIE, ELASTISCHE POTENTIËLE ENERGIE (Ev)
Veerenergie of elastische energie (Ev) is de energie die een systeem krijgt omdat je het (elastisch) vervormt.
Veerenergie of elastische energie (Ev) is de energie die een systeem met veerconstante k heeft omdat het een bepaalde (elastische) vervorming (Δx) heeft.
Dit is de formule om de veerenergie te berekenen:
met hierin:
k de veerconstante van de veer.
∆x de vervorming van de veer.
Bewegingsenergie
Bewegingsenergie
TERMINOLOGIE - BEWEGINGSENERGIE, KINETISCHE ENERGIE (Ek)
Bewegingsenergie (Ek) is de energie die een voorwerp krijgt als je het een snelheid geeft.
Bewegingsenergie (Ek) is de energie die een voorwerp met massa m heeft omdat het een bepaalde snelheid (v) heeft.
Dit is de formule om de bewegingsenergie te berekenen:
met hierin:
v de snelheid van het voorwerp.
m de massa van het voorwerp.
Energie doorgeven en omzetten
Energie doorgeven en omzetten
"Moeite doen", een "verandering van toestand" veroorzaken, ARBEID (W) verrichten, is ...
energie doorgeven van het ene lichaam op het andere.
energie omzetten van de ene vorm in de andere.
De wet van behoud van energie
De wet van behoud van energie
Zonder wrijving, interne weerstand of luchtweerstand, zouden in objecten de energie-omzettingen zonder verlies plaatsvinden. De totale energie van het voorwerp zou in dat geval constant blijven.
Als er wél wrijving, interne weerstand of luchtweerstand is, dan wordt tijdens het "veranderen van toestand" telkens warmte-energie geproduceerd. En die warmte kan ontsnappen.
Als we een slinger, een veersysteem, een skater samen met de omringende lucht in een doos zouden plaatsen waaruit geen massa en geen energie kan ontsnappen (we noemen dit een geïsoleerd systeem), dan is de totale hoeveelheid energie in deze doos wél constant. Dit noemen we de wet van het behoud van energie.
DE WET VAN BEHOUD VAN ENERGIE
In een geïsoleerd systeem blijft de totale hoeveelheid energie constant.
DE WET VAN BEHOUD VAN ENERGIE - in eenvoudige taal
Energie verdwijnt NIET of wordt NIET bijgemaakt. Energie wordt WEL doorgegeven en/of omgezet in een andere energievorm.
Page updated
Report abuse