Välkommen till Fysik 1 for dummies!

Energi och energiresurser 

·         Arbete, effekt, potentiell energi och rörelseenergi för att beskriva olika energiformer: mekanisk, termisk, elektriskt och kemisk energi samt strålnings och kärnenergi.

Arbete

Då ett föremål lyfts finns det några faktorer som påverkar storleken av arbetet. Först och främst hur tungt föremålet är och hur lång sträckan är som föremålet lyfts på. Tyngden på föremålet alltså kraften som krävs för att lyfta det anges som ”F” och sträckan som föremålet lyfts på anges som ”s”. Själva arbetet anges som ”W”.

Definitionen blir alltså 

W = F*s.

SI-enheten är i Newtonmeter (Nm). Kallas vanligen Joule (J)                       

Effekt

Två personer kan utföra samma arbete men en viss skillnad i arbetet kan finnas, beroende anträningen med hur fort de gör det. Skillnaden på arbetet kan beskrivas med storheten ”effekt” (anges som ”p”), detta avser alltså inte bara arbetet som utförs utan även tiden det tar för det.  Ett arbete är alltså jobbigare om det utförs på en minut gentemot om det utförs på 10 minuter.

Formel: 

P = E/t                            effekt = energi/tid = energi per tidsenhet

 

Potentiell energi

Det här skulle kunna ”möjlig” energi likväl, för det är det som ”potentiell” innebär. Det syftar på att energin på något sätt finns lagrad och eventuellt kan användas senare. Lägesenergi är en form av potentiell energi. Ett föremåls läges energi ändras om det lyfts eller sänks. Denna ändring hänger ihop med själva arbetet som utförs under förflyttningen. Tappas någonting i golvet så påverkas det objektet av sin egen tyngd (”mg”) som uträttar ett arbete. Lägesenergin hos objektet omvandlas då till rörelseenergi. Om fallhöjden är ”h” har tyngdkraften uträttat arbetet.

W = F * s = mg * h = mgh

Objektet slår i golvet och just då när den lyfts upp igen, uträttas ett arbete mot tyngdkraften. På så sätt återuppbildas lägesenergin (”mgh”). Ändringen i lägesenergi är detsamma som det utförda arbetet. Energin mäts också i enheten Nm eller (”J”). Detta innebär att på motsvarande sätt medför varje arbete en energiomsättning av samma storlek som arbetet.

Rörelseenergi

Även kallad kinetisk energi. Exempelvis då något objekt släpps från en höjd (”h”) har den en viss rörelseenergi när den når golven. Lägesenergin (”mgh”) omvandlas under fallet till rörelseenergi. Har en boll dubbelt så mycket vikt, så har den enligt formeln dubbelt så stor lägesenergi från starten.  P.g.a. detta borde den ha dubbelt så stor rörelseenergi, eller kinetisk energi (”E_k”). I sådana fall ska rörelseenergin vara proportionell mot massan.

E_k = k₁ * m

Frågan är då hur rörelseenergin beror på hastigheten? Vi kan få en vägledning om sambandet vid undersökning av hur långa bromsträckorna blir för en bil, som bromsas till stillastående från skilda hastigheter. Bromsarbetets storlek blir likvärdigt med hur stor bilens rörelseenergi var från starten. Formeln för att beräkna bromsarbete:

W = F * l

”F” står för bromskraften, alltså kraften från vägen som ”håller emot” däcken. ”l” är bromsträckans längd. Om ”F” är oföränderlig under inbromsningarna, utan hela tiden är den maximala utan att hjulen låser sig. I sådana fall om ”l” blir 40 m är bromsarbetet dubbelt så stort som om ”l” blir 20 m. Bromsarbete – och på så sätt rörelseenergin innan inbromsningen – är proportionellt mot bromsträckan ”l”.

Rörelse och krafter

Hastighet, rörelsemängd och acceleration för att beskriva rörelse.

Krafter som orsak till förändring av hastighet och rörelsemängd. Impuls.

Jämvikt och linjär rörelse i homogena gravitationsfält och elektriska fält.

Tryck, tryckvariationer och Arkimedes princip.

Orientering om Einsteins beskrivning av rörelse vid höga hastigheter: Einsteins postulat, tidsdilatation och relativistisk energi.

Orientering om aktuella modeller för beskrivning av materiens minsta beståndsdelar och av de fundamentala krafterna samt om hur modellerna har vuxit fram.

Hastighet

Ett hjälpmedel när man beräknar hastighet kan vara att rita upp figuren ovan för att kunna se hur man kan ändra om i formlerna. I figuren står (s) för sträcka, (t) för tiden och (v) för hastigheten. Man använder denna genom att man håller för den enhet man vill räkna ut och sedan så gör man vad figuren säger. Ex om vi vill ha fram (t) tar vi sträckan (s) dividerat med tiden (t) enligt formeln t = s/v

Sträcka mäts i meter (m)

Hastighet mäts i meter/sekund (m/s)

Tid mäts i sekunder (s)

Konstant hastighet är den hastighet ett föremål rör sig en viss sträcka under en viss tid.

V=s/t

Medelhastigheten får man genom att beräkna förändringen mellan två hastigheter.

V=s/t

Exempel 1:

Konstant hastighet 
är den hastighet ett föremål rör sig en viss sträcka under en viss tid.

V=s/t

Momentanhastigheten 
(hastigheten vid ett tillfälle) får man genom att beräkna skillnaden mellan två sträckor delat på skillnaden mellan två tider.

∆s/∆t=V

Acceleration

Acceleration mäts i meter/sekund² (m/s²)

Precis som att hastigheten är en förändring av sträckan så är acceleration, som betecknas a, en förändring av hastigheten. 


 a = ∆v / ∆t

Vi kan även räkna ut en hastighet med hjälp av att veta en konstant accelerationen, och tiden multipliceras. Om föremålet har en hastighet före intervallet där hastigheten skall mätas så får vi även addera den till formeln, denna så kallade begynnelsehastighet betecknas v⁰. Hela formeln ser ut så här:

v=v⁰+at

Rörelsemängd
En massa (m) som rör sig med hastigheten (v) har en rörelsemängd (P), som är produkten av massan och hastigheten.

Rörelsemängd:

p = mv

Enhet: 1 kgm/s              

Impuls.

Impulsen säger oss hur mycket rörelsemängden ökar eller minskar hos ett föremål som påverkas av en resulterande kraft under en tidsperiod 

I=F