PRÁCE A ENERGIE Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Tercie
Práce Pokud síla vyvolává pohyb Fyzikální veličina ( odvozená ) značka: W základní jednotka: Joule ( J ) Vztah pro výpočet práce: W = F ⋅ s
Práce Platí tehdy, když je směr pohybu rovnoběžný se silou ( 0°) Při zvětšování úhlu klesá práce Při úhlu 90°síla práci nekoná!
Příklad 1
Petr má vynést po žebříku krabici o hmotnosti 20 kg do výšky 4 m. Hmotnost Petra je 70 kg. Určete, jakou práci Petr vykonal na vynesení krabice a jakou celkovou práci vykonal, aby se na vrchol žebříku dostal.
Příklad 2
Automobil vykonal při svém pohybu práci o velikosti 3 MJ. Jakou dráhu při tom urazil, jestliže tažná síla motoru je 5 kN?
Příklad 3
Jirka vytahoval ze studně hluboké 12 m okov, přičemž vykonal práci 3 kJ. Určete, jakou sílu Jirka vyvíjel.
Výkon Určuje, jaká práce se vykoná za daný čas Fyzikální veličina ( odvozená ) značka: P základní jednotka: Watt ( W )
W Vztah pro výpočet výkonu: P = t
Výkon Další jednotky výkonu HP ( koňská síla ): 1 HP = 736 W Další jednotky práce Ws, Wh, kWh, MWh, ... Převody?
Příklad 4
Určete, kdo podal větší výkon: Honza o hmotnosti 50 kg, který vylezl na pětimetrovou tyč za 40 s, nebo Terka o hmotnosti 40 kg, která na stejnou tyč vylezla za 30 s?
Příklad 5
Automobil má výkon 50 kW. Za jak dlouho je schopen při cestě do hor vystoupat o 1 km? Hmotnost automobilu s cestujícími je 1,5 t.
Energie Vyjadřuje schopnost tělesa konat práci. Fyzikální veličina ( odvozená ) značka: E základní jednotka: Joule ( J ) používané jednotky: cal, kcal, Wh, kWh, MWh, ...
Energie
Formy energie: mechanická, elektrická, jaderná, magnetická, chemická... Energie se mění mezi jednotlivými formami.
Polohová energie Neboli potenciální energie. Druh mechanické energie. Souvisí s nadmořskou výškou ( výškou obecně ). Výpočet: Ep = m ⋅ g ⋅ h Speciální druh - deformovatelná tělesa ( pružina, ... )
Příklad 6
Stůl je vysoký 1,5 m. Ve výšce 2 m nad stolem je zavěšena lampa o hmotnosti 5 kg. Určete polohovou energii této lampy vzhledem k desce stolu a vzhledem k podlaze.
Příklad 7
Určete, jakou práci je třeba vykonat, pokud chceme na poličce umístit knihu o hmotnosti 2,5 kg o 0,75 metru výš.
Příklad 8
Motor výtahu má výkon 50 kW. Jak dlouho trvá, než doveze kabinu s pasažéry o celkové hmotnosti 4 t z výšky 15 m do výšky 40 m?
Pohybová energie Neboli kinetická energie. Druh mechanické energie. Souvisí s pohybem tělesa.
1 2 Výpočet: Ek = ⋅ m ⋅ v 2 Speciální druh - rotující tělesa ( setrvačníky, ... )
Příklad 9
Kolikrát se zvětší pohybová energie automobilu o hmotnosti 1,5 t, jestliže zrychlí ze 54 km/h na rychlost 108 km/h? Jakou práci musí vykonat motor při tomto zrychlení?
Příklad 10
Kosmickou stanici o hmotnosti 50 tun je třeba dostat do výšky 350 km nad zemský povrch a zároveň jí udělit rychlost 8 km/s. Jak velkou energii musí raketa dodat kosmické lodi?
Zákon zachování mechanické energie Součet polohové a pohybové energie je stále stejný. Platí v ideálním případě.
Příklad 11
Volejbalový míč o hmotnosti 1,2 kg padá volným pádem z výšky 8 m. Určete rychlost dopadu tohoto míče. Jak by se změnila rychlost dopadu míče, jestliže použijeme stejně veliký míč o hmotnosti 2 kg?
Příklad 12
Tenisový míček vyhodíme svisle vzhůru počáteční rychlostí 10 m/s. Určete, do jaké výšky vystoupí. Můžeme zjistit, jakou rychlostí míček dopadne zpátky na zem?
Zákon zachování energie Soustava těles, která si s okolím nevyměňuje energii, má stále stejnou celkovou energii. Energii nelze vytvořit ani zničit, jen se přeměňuje mezi jednotlivými formami.
Přeměny energie
Formy energie: mechanická, elektrická, chemická, světelná, teplo, jaderná,
Přeměny energie Stroj
Přeměna energie
svaly jaderná ⇒ elektrická brzdy světelná ⇒ teplo větrný mlýn teplo ⇒ mechanická solární panel
Perpetuum mobile
Zařízení, které neustále pracuje bez dodání energie. NELZE SESTROJIT!
Perpetuum mobile
Perpetuum mobile
Perpetuum mobile
Perpetuum mobile
Účinnost Odvozená fyzikální veličina: značka: η ( éta ) základní jednotka: bez jednotky nebo procenta definice: podíl vykonané práce ku přijaté energii
Wvykonaná η= Edodaná
Wvykonaná η= ⋅100% Edodaná
Účinnost Přeměna energie tepelná - mechanická
elektrická - mechanická mechanická - elektrická světelná - elektrická světelná - tepelná chemická - tepelná elektrická - světelná elektrická - tepelná
Zařízení parní stroj benzínový motor dieselový motor parní turbína elektromotor generátor solární panel solární kolektor krbová kamna kotel na topení žárovka konvice
Účinnost 10 % 25 % 35 % 40 % 90 % 95 % 12 % 50 % 50 % 80 % 5 % 82 %
Účinnost
Jde vždy o číslo menší než 1 ( menší než 100% )! ... PROČ?
P Často se užívá jiného vzorce pro účinnost: η = P0
Příklad 13
Stroj má příkon 450 W a účinnost 80%. Jaký má stroj výkon? Jakou práci vykoná za 1 minutu?
Příklad 14
Motor výtahu s příkonem 8 kW zvedne kabinu o hmotnosti 2,5 t do výšky 12 metrů za 50 sekund. Určete účinnost a ztráty motoru výtahu.
