2-2 Mekanisk energi

Forventet tidsforbrug: 6 timer

Emnepræsentation

I dette forløb ser vi på mekanisk energi.

Udgangspunktet er kinetisk energi, dén energi, der er i ting, der bevæger sig.

Men der er jo også energi i en sten, der ligger på toppen af en klippe - det bemærker man hvis man får den i hovedet.

Denne energi kaldes potentiel energi.

Bevægelse i f. eks. jordens tyngdefelt er en konstant udveksling mellem kinetisk og potentiel energi.

Når en kraft får en genstand til at bevæge sig over en strækning, siger vi at kraften udfører et arbejde.

Teknisk set er arbejde overførsel af energi.

Begrebsmæssigt er det 'arbejde' der ligger til grund for de andre energiformer.

De, der fortsætter på B-niveau, vil få dette nærmere belyst.

Forforståelse

Energi findes overalt omkring os til dagligt.

Energi er også en central del af både videnskaben og samfundsdebatten.

Vi kan ikke leve uden energi, og vi har udviklet en livsstil og en samfundsform hvor vi er meget afhængige af et stort energiforbrug.

Men hvad er egentlig energi?

Det er en underlig diffus størrelse, den er ikke direkte målbar på samme måde som f. eks. længde, tid og masse.

På den anden side er vi jo vant til at sætte energi i forbindelse med varme, og varme kan vi jo - tilsyneladende - måle ved at bruge et termometer.

Det er dog ikke fyldestgørende - det kan man nemt overbevise sig om ved at stikke en finger ned i 50 grader varmt vand, og bagefter i 50 grader varm olie.

Det er tydeligt, at der er betydelig mere energi i olien - selv om temperaturen er den samme.

Energien i varme - f. eks. varmt vand og olie - kalder vi for termisk energi.

Men der er også flere andre former for energi, som kan omsættes til hinanden.

Et meget spektakulært eksempel var dét meteor der faldt i Rusland i 20013.

Da dette meteor kom ind i atmosfæren udløste det enorme mængder af varmeenergi.

Dén energi stammede fra meteorens bevægelse, dvs. fra meteorens bevægelsesenergi - eller dens kinetiske energi.

Faktisk er det med udgangspunkt i den kinetiske energi, at vi kan lave en fornuftig definition på en energienhed, nemlig Joule.

Vi undersøger i de følgende kapitler energibegreberne nærmere, og ser bl. a. på energiomsætning, energitab, energikvalitet, og nyttevirkning.

Faglige mål

Citat fra læreplanen - Fysik C

kende og kunne anvende enkle modeller, som kvalitativt eller kvantitativt kan forklare forskellige fysiske fænomener
gennem eksempler kunne perspektivere fysikkens bidrag til såvel forståelse af naturfænomener som teknologi- og samfundsudvikling
kunne beskrive og udføre enkle kvalitative og kvantitative fysiske eksperimenter, herunder opstille og falsificere enkle hypoteser
kunne præsentere eksperimentelle data hensigtsmæssigt og behandle dem med henblik på at afdække enkle matematiske sammenhænge
demonstrere viden om fagets identitet og metoder

Kernestof

Citat fra læreplanen - Fysik C

Energi

eksempler på energiformer og en kvantitativ behandling af omsætningen mellem mindst to energiformer.

Føraktivitet

Du skal have gennemgået de to forløb "Fysikkens grundlag og basale regnetekniske redskaber" og "Energi generelt" før du går i gang med dette forløb.

Du skal specielt være opmærksom på regneteknikken omkring enheder og tier-potenser.

Fagligt stof

Lektion 4: Mekanisk energi

Teoribogen

Læs i i-bogen Orbit C:

Kapitel 2:

2.6 Nyttevirkning
2.7 Mekanisk energi
2.8 Oversigt

Kapitel 2 - Energi

Mekanisk energi: Resumé af det faglige kerneindhold

For et brændbart stof definerer man stoffets brændværdi som dén energi, 1 kg af stoffet frembringer ved forbrænding.

Denne brændværdi kan man finde ved tabelopslag.

Når energi omsættes, vil der altid gå en vis del af energien 'til spilde'.

Det vil mere præcist sige, at en del af energien omsættes til lavkvalitets termisk energi.

For at sætte tal på dette spild, bruger man forholdet mellem den anvendte energi og den tilførte energi

Dette forhold kaldes nyttevirkningen, η=Eanvendt/Etilført

I praksis bruger man nyttevirkning om f. eks. elektriske apparater - nyttevirkningen af en elkedel, en støvsuger m. v.

Kinetisk energi er dén energi, der er i en genstand, der bevæger sig.

Vi kender det meget tydeligt fra en bil, der rammer en mur. Muren vælter, det kræver energi.

Vandet i et vandfald kan drive en turbine, som kan skabe elektrisk energi, og varme og lys ude hos brugerne.

Så vandet indeholder også energi .. kinetisk energi.

Formlen for kinetisk energi af en genstand er EKin = ½*m*v2

At energien afhænger af hastigheden i anden, kender vi også fra dagligdagen.

Nemlig ved at en bils bremselængde firdobles, når bilens hastighed fordobles.

Opgaver

ØVELSER TIL MEKANISK ENERGI

1. Beregne den kinetiske energi af en vogn der vejer 3 kg og kører med 15 m/s

2. Beregne den kinetiske energi af en bil der vejer 1.5 tons og kører med 40 km/t

3. Beregn den potentielle energi af en bold der vejer 0.15 kg og befinder sig 2.3 m over jordoverfladen.

4. Beregn den potentielle energi af en sten der vejer 20 gram og bfinder sig 12 km. over jordoverfladen

Hvor stor en hastighed vil denne sten have når den rammer jordoverfladen?

Løsning til opgaverne - lektion 4

Opgaven i mekanisk energi:

a) 337.5 J

b) 926 kJ

c) 3.4 J

d) 2.36 kJ

e) 485m/s (passer dog kun hvis stenen falder i et lufttomt rum)

AFLEVERINGSOPGAVER SÆT 4 - Mundtlig

Lav en fremlæggelse af energiens grundbegreber.

Du kan f. eks. komme ind på:

- Hvilke former for energi møder du i din dagligdag - og generelt?

- Hvad er energikvalitet, og hvorfor er dette begreb vigtigt?

- Hvad er nyttevirkning?

AFLEVERINGSOPGAVER SÆT 5 - Selvrettende

Lav følgende opgaver:

Og indtast svar her:

Afleveringsopgaver sæt 5

Indtast svar

Evaluering

Delingsquiz: Energitest (2.6)

Delingsquiz: Potentiel energi (2.7)

Delingsquiz: Mekanisk energi ( 2.7)

Supplerende materiale

Fri Viden - Videoer om energi

Du kan på FriViden se en række video'er hvor energi, effekt, nyttevirkning, energikæder m.v. gennemgås.

På c-niveau er det primært video'erne

Energi, Effekt og definitionen af Kilowattime og

Effekt og Nyttevirkning. Energikæder

der har interesse.

Se evt. også video'en om energi som gennemgang til mundtlig eksamen i Fysik C (men - pas på ikke at 'kopiere' gennemgangen til din mundtlige eksamen!)

Report abuse