Risanje sil
Enakomerno gibanje
• Sile lahko narišemo kot usmerjene daljice, če poznamo njihovo velikost, smer in prijemališče. • Pri risanju sil najprej določimo opazovano telo, nato ugotovimo, katere sile delujejo nanj, določimo lastnosti sil in na koncu sile narišemo v merilu.
• Gibanje je spreminjanje lege telesa glede na izbrano okolico. Hitrost (v) pove, kako hitro se spreminja lega telesa. • Pri enakomernem gibanju se hitrost ne spreminja, medtem ko pot enakomerno narašča s časom. • Hitrost izračunamo tako, da pot (s) delimo s časom (t), v katerem jo je telo prepotovalo.
Ravnovesje sil • Telo je v ravnovesju, če miruje ali se giblje s stalno hitrostjo. • Več sil, ki deluje na isto telo, lahko nadomestimo z eno samo silo, ki ima enak učinek na gibanje in/ali obliko telesa. Tej sili pravimo rezultanta.
Odgovori in odgovore pojasni. 1. Zakaj ti lahko spodrsne na bananinem olupku? 2. Zakaj lažje poganjaš kolo, ki je bilo pred kratkim podmazano? 3. Kdo bo zmagal v vlečenju vrvi – moštvo, ki je »močnejše«, ali moštvo, ki ima boljše podplate? 4. Zakaj se padalcu takoj po odprtju padala močno zmanjša hitrost? 5. Preden meteor vstopi v ozračje, nanj deluje le gravitacijska sila Zemlje. Kako se giblje meteor? 6. Gladina svetovnih morij se vsako leto dvigne za 1 mm. Ali lahko v tem primeru govorimo o gibanju in hitrosti?
1. Newtonov zakon: Telo miruje ali se giblje s stalno hitrostjo, če je rezultanta vseh sil na telo enaka nič. 2. Newtonov zakon: Sprememba gibanja je sorazmerna rezultanti vseh sil na telo in obratno sorazmerna z maso telesa. 3. Newtonov zakon: Sili, s katerima telesi delujeta druga na drugo, sta nasprotno enaki.
7. Naša in Andromedina galaksija se približujeta. Katera od njiju se giblje in katera je pri miru? 8. Kdo je hitrejši: tisti, ki preteče najdaljšo razdaljo v izbranem času, ali tisti, ki preteče izbrano razdaljo v najkrajšem času? 9. Zakaj je pomembno, da so vsi deli zgradbe v ravnovesju? 10. Kako gradbeniki zmanjšajo možnost, da bi se ravnovesje stavbe porušilo? 11 V katerem primeru se bo vzmet bolj raztegnila? a) na vsaki strani raztegujemo z eno roko b) en konec obesimo na kljuko od vrat in drugega vlečemo z eno roko 12. Ali vse sile, ki delujejo na nas zaznamo s čutili?
Reši z risanjem. 1. Na sliki sta prikazana dva zaboja. Nariši sile, ki delujejo na posamezen zaboj.
2. Na prvi sliki se hitrost padalca zmanjšuje, na drugi pa se ne spreminja. Nariši sile na padalca.
3. Nariši rezultanto sile vetra in potisne sile, ki jo ustvarja motor.
61
3 Spremembe in energija 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5
Spremembe in delo Preprosta orodja Energija Delo in energija Pretvorbe energije
3. KORAK AKTIVNEGA BRANJA: vprašanja in si Med branjem odgovarjaj na vmesna išči odgovore in jno Vztra a. ves čas zastavljaj tudi svoj Če imaš kljub ta. mes žja najte tudi meti poskušaj razu oč. dodatnemu trudu težave, prosi za pom
Človek že od pradavnine poskuša ujeti veter in sonce. Še pred pojavom prvih civilizacij so ljudje lovili veter v jadra, da bi z njim odpluli v neznane kraje. Kasneje so poskušali veter izrabiti in ga vpreči namesto živine. Morali so se le domisliti kako. Tako so na Bližnjem vzhodu že pred našim štetjem nastale prve preproste vetrnice, ki so sčasoma postajale vse bolj dovršene. V vetrovni Nizozemski in Danski so mlini na veter stoletja poganjali številne črpalke, vse dokler jih niso začele v 20. stoletju izpodrivati sodobnejše vetrne elektrarne. Kljub temu se človeštvo raje zateka k drugim virom energije, ki so veliko bolj »umazani« kot veter in sonce. Morda se bo človek, ko bo izčrpal vse druge vire energije, vrnil k svojim koreninam in začel ponovno razmišljati, kako naj ujame veter. Upajmo, da takrat še ne bo prepozno ...
3.1 Spremembe in delo Delo je pojem, ki ga v vsakdanjem življenju pogosto
določeno. uporabljamo, v fiziki pa je natančno eni pojem delo pom PRED BRANJEM: razmisli, kaj tebi deljuje delo opre zika fi kako MED BRANJEM: ugotovi, ugotoviš? Kaj i«. nicij »defi obe erjaj prim PO BRANJU:
Ključne besede: • sprememba • premik • sila • delo • joule
Hiša je zgrajena in na vrsti je selitev. To je velika sprememba za vso družino. Običajno se selitve veselimo, čeprav ni prav nič zabavno, ko je treba vse stvari zložiti v škatle, jih odnesti po stopnicah na dvorišče, zložiti na tovornjak in ponovno raztovoriti. A to bi še šlo, kaj pa pohištvo – težke omare, postelje? Ves čas je treba delati, za zabavo pa na koncu zmanjka energije.
Kaj je delo?
2 × 100 N
Pri selitvi je skoraj vse povezano s silami. Vendar ni vse le v silah. Kaj lahko se zgodi, da poskušamo prestaviti klavir, pa nam ga kljub trudu nikakor ne uspe premakniti. Čeprav smo klavir potiskali z vso silo, žal ni bilo pravega učinka. Smo torej delali ali ne? V vsakdanjem življenju lahko to razlagamo na različne načine, v fiziki pa je delo (angl. work) opredeljeno zelo natančno: sila opravlja delo, kadar premika telo, na katerega deluje. Če ni spremembe lege, gibanja ali oblike telesa, sila ni opravila dela. Kakor koli že, delo je povezano s spremembami, ki jih povzročajo sile – čim večjo spremembo povzroči sila, tem več dela je opravila na telesu. Delo krajše označimo z A.
100 N
1 meter
100 J
1 meter
Od česa je odvisno delo?
200 J
100 N
Delo lahko presojamo po spremembi, ki jo je povzročila sila. Paziti moramo le, da med seboj res primerjamo sile in spremembe, ki so jih te sile povzročile. Če dvignemo dve škatli, je v primerjavi z dvigom ene škatle za to potrebna dvojna sila. V primerjavi z dvigom ene škatle smo opravili dvojno spremembo in s tem tudi dvojno delo. Sklepamo, da je opravljeno delo premosorazmerno z velikostjo sile.
100 N
100 J
64
1 meter
2 × 1 meter
obračanje strani 10–3 J
200 J
met puščice 1J
Povzetek
Kaj pa višina dviga? Če s tal dvignemo škatlo do vrhnje police namesto do polovice, smo s tem dva manjša dviga nadomestili z enim samim, dvakrat tolikšnim. Na ta način smo v primerjavi s polovičnim dvigom opravili dvojno delo. Iz tega sklepamo, da je opravljeno delo premosorazmerno s premikom. Iz obeh primerov lahko izluščimo preprosto ugotovitev: opravljeno delo je tem večje, čim večja je sila in čim večji je premik prijemališča sile.
Delo je povezano z velikostjo sprememb, ki jih povzročajo sile. Sila opravlja delo, kadar premika telo, na katerega deluje. Delo je opredeljeno kot zmnožek sile in premika. Pri tem moramo upoštevati le del sile, ki je vzporeden s premikom. Enota za delo je joule (J) in je enaka 1 N·m.
Ponovi 1. Naštej nekaj primerov, ko sila opravlja delo. 2. Od česa je odvisno, koliko dela opravi sila? 3. Kaj pove delo o velikosti sprememb, ki jih povzroči sila?
Razmisli
Koliko dela smo opravili?
Kako bi ugotovil, koliko dela opraviš pri rezanju kruha? Pomagaj si s kuhinjsko tehtnico.
Spoznali smo, da je delo premosorazmerno sili, ki delo opravlja, in premosorazmerno premiku telesa. Definicija dela vsebuje obe premosorazmernosti v najpreprostejši obliki: delo je zmnožek sile in premika, če sta sila in premik vzporedna. Če sila in premik nista vzporedna, upoštevamo le tisti del sile, ki kaže v smeri premika. To lahko zapišemo tudi krajše: delo = sila · premik
ali
Odgovori 1. Plavalec pri kravlu premaguje silo 110 N. Koliko dela opravi, ko preplava olimpijski bazen po dolžini (50m)? 2. Kdo opravi več dela: Ana, ki s silo 400 N premakne pianino za 2 m, ali Tina, ki s silo 250 N prestavi omaro za 3 m?
A = F · s.
Če poznamo velikost sile v smeri premika in premik, lahko opravljeno delo zares izračunamo. Ko pomnožimo silo in dolžino, dobimo rezultat v newton-metrih. To nadomestimo z jouli (izg. džul), ki jih uporabljamo za merjenje dela, energije in toplote.
Rešimo skupaj Izračunajmo, koliko dela je opravil delavec pri dvigu 10-kilogramske škatle s tal do višine 1 m? A=F·s A = 100 N · 1 m A = 100 Nm
!
Delo (A) je enako zmnožku sile in premika, ki ga povzroči ta sila. Merimo ga v joulih (J).
A=F·s
A = 100 J
1 J je enak 1 N·m, a koliko je to? Ko s tal poberemo o zvezek in ga damo na klop, opravimo približno 1 J dela. Ker je enota mala, večkrat uporabljamo večje čje enote: • tisočkrat večja enota je kilojoule (kJ) 1 kJ = 1000 J = 103 J • milijonkrat večja enota je megajoule (MJ) 1 MJ = 1.000.000 J = 106 J James Joule
servis pri tenisu 1 kJ
dvig zabojnika 1 MJ
vzlet letala 1000 MJ
65
3.1 Spremembe in delo V tem podpoglavju ključna dejstva in zamisli
Kdaj se trudimo, a ne delamo? Spomnimo se na naše neuspešno premikanje klavirja, kjer kljub trudu nismo premaknili klavirja in opravili nobenega dela. Nekaj podobnega velja tudi, ko se telo premika in nanj deluje sila, pravokotna na gibanje. Ker takšna sila nima nobenega vpliva na gibanje v pravokotni smeri, ne opravlja nobenega dela. Tak primer je prenašanje škatle na isti višini. Ker se kljub temu utrudimo, je težko razumeti, da ne opravljamo dela. To bomo bolje razumeli, ko bomo spoznali energijo.
o. namenoma niso zapisana odebeljen naslovih v a šanj vpra ti prele : NJEM BRA PRED tva MED BRANJEM: izpiši pomembna dejs isli zam ne ključ uj PO BRANJU: oblik
Ključne besede: • moč • watt
sila
premik
sila
Škatlo dvigujemo. Sila rok deluje navpično na škatlo in jo premika navzgor. Sila rok pri tem opravlja delo.
premik
sila
A=0 S škatlo hodimo po vodoravnih tleh. Sila rok deluje navpično na škatlo in s tem zadržuje škatlo, da ne pade na tla. Ker je ta sila pravo-kotna na premik škatle, nima nobenega vpliva na premikanje škatle v vodoravni smeri. Zato sila rok kljub gibanju ne opravlja dela na škatli..
premik
A>0
A<0
Škatlo spuščamo. Sila rok deluje navpično na škatlo in jo premika navzdol. Sila rok pri tem opravlja negativno delo, ker je nasprotno usmerjena kot premik.
prej
Kako hitro delamo?
potem
Delo nič ne pove o tem, koliko časa je trajalo, da se je zgodila neka sprememba. V vsakdanjem življenju pa ima čas pogosto zelo pomembno vlogo. Če se nam mudi s selitvijo, bomo izbrali delavce, ki bodo hitro zložili stvari na tovornjak. To pomeni, da bodo hitro dvigovali škatle – morda tudi po več hkrati. Za to pa je potrebna moč! Pri tem imamo v vsakdanji govorici v mislih veliko silo, v fiziki pa moč pove, kako hitro se opravlja delo. Moč (angl. power) označujemo s črko P in merimo v wattih (izg. vat).
10–6 W
66
1W
James Watt je moči svojih prvih parnih strojev za lažjo predstavo podajal v konjskih močeh. Pri tem je nekoliko pretiraval, p , sajj z eno konjsko močjo, ki znaša 746 W, ne more delati noben konj.
Povzetek Sila ne opravlja dela, če je pravokotna na smer premikanja. Moč pove, kako hitro sila opravlja delo. Izračunamo jo tako, da opravljeno delo delimo s časom, v katerem je bilo delo opravljeno. Enota za moč jje watt in približno ustreza moči pri rezanju kruha.
Ponovi P 1. V katerem primeru Ana ne opravlja dela? Ko ... 1 a) nosi nakupovalno košaro. b) potiska nakupovalni voziček. c) s tal pobira raztresena jabolka. 2 2. V katerem primeru traktor pri enako veliki vlečni sili opravlja večje delo? Zakaj? a) b)
James Watt
Razmisli R A znaš fizikalno pojasniti, zakaj je dobro, da je cesta Ali na Vršič speljana v številnih serpentinah? n
Kako izračunamo moč?
Odgovori
Pri različnih strojih in napravah nas običajno najbolj zanima njihova moč, ki pove, koliko dela opravi naprava v določenem času. Moč je po navadi znana in zapisana na napravi, če pa jo moramo izračunati, upoštevamo, da je moč je enaka delu deljenemu s časom, v katerem je opravljeno. To lahko zapišemo tudi krajše:
S kolikšno močjo teče Lan po stopnicah, če ima 50 kg in potrebuje do 13. nadstropja 3 minute? Višina posameznega nadstropja je 3 m.
moč =
delo čas
ali
P=
A t
Rešimo skupaj
Če isto delo opravimo v polovičnem času, delamo s podvojeno močjo. Enako velja, če v istem času opravimo dvojno delo. Pri izračunu moči dobimo rezultat v joulih na sekundo, kar nadomestimo z watti. !
Moč (P) je enaka delu na enoto časa. Merimo jo v wattih (W).
A P= t
1 Watt je enak 1 sJ , to pa je enako 1 N·m s . Enote za moč si težko predstavljamo, lahko pa si zapomnimo, da človek pri lažjih opravilih dela z močjo nekaj deset wattov, pri težjih pa z nekaj sto. • tisočkrat večja enota je kilowatt (kW) 1 kW = 1000 W = 103 W • milijonkrat večja enota je megawatt (MW) 1 MW = 1.000.000 W = 106 W
1 kW
1 MW
Poglejmo, kolikšna je moč viličarja, ki v 10 sekundah dvigne 500 kg knjig 2 m visoko na tovornjak? A P= A=F·s t A = 5000 N · 2 m 10.000 J P= 10 s A = 10.000 J A = 10 kJ
P = 1000 sJ
P = 1000 W
Kdo je najmočnejši? S sošolci priredi tekmovanje v dvigovanju uteži in ugotovi, kdo je res »najmočnejši«. Podrobna navodila najdeš v DZ na strani 55.
1 GW
4 · 1026 W
67
3.2 Preprosta orodja Na naslednjih straneh bomo spoznali nekatera prepro-
V nekaj več kot 6000 letih civilizacije je človek ustvaril neverjetne zgradbe. Od antičnih čudes, kot so piramide v Gizi, kitajski zid, Stonehenge, kamnite podobe na Velikonočnih otokih, vse do novodobnih čudes: visoke stolpnice, predori pod morjem, viseči mostovi in še bi lahko naštevali. Pri ustvarjanju vsega tega je bilo potrebno opraviti ogromno dela in uporabljati velikanske sile, ki jih človek ne zmore ...
čne namene. sta orodja, ki jih uporabljamo za razli njihovo uporabo in ij PRED BRANJEM: naštej nekaj orod ij orod etih našt e odlik MED BRANJEM: zapiši orodjem vsem nega skup je kaj ovi, ugot PO BRANJU:
Ključne besede: • orodja • ojačevanje sile • klanec • vzvod
Kako si olajšamo delo? Pri opravljanju dela, kjer so potrebne velike sile, si pomagamo z različnimi orodji. To so lahko zapletene moderne naprave (bager, žerjav, robot ...) ali preprosta orodja, ki so v uporabi že tisočletja (škripec, samokolnica, klešče pa tudi klanec, stopnice ipd.). Količine dela, ki je potrebna za neko spremembo, ni mogoče zmanjšati, lahko pa delo opravimo na različne načine. Zato z uporabo orodij dela ne zmanjšamo, temveč si ga le olajšamo. Orodja namreč mogočajo, da delo opravimo z manjšimi silami, kar »plačamo« z večjim premikom prijemališča sile.
Zakaj gre po klancu lažje?
F večja
F
ma n
jša
navpično klanec sila · premik = sila · pre
Pri dvigovanju bremena navpično navzgor moramo vrv vleči s silo, ki je po velikosti enaka teži bremena. Če pa predmet vlečemo po klancu, na katerem ni trenja, je za to potrebna manjša sila. Sila se na klancu zmanjša, medtem ko je premik večji kot pri navpičnem dvigu na enako višino. Čim bolj položen je klanec, tem manjša vlečna sila je potrebna in tem daljši je premik. Če se premik podvoji, se sila prepolovi. Opravljeno delo je ne glede na nagib s ve klanca, na katerem ni trenja, čji vedno enako.
mik
s manjši
Rešimo skupaj Koliko se na klancu zmanjša sila? Postavi preprost klanec in ugotovi, kako se z naklonom spreminja vlečna sila. Podrobna navodila najdeš v DZ na strani 56.
Poglejmo, kolikšna sila je potrebna, da po 5 m dolgi deski spravimo 200 kg pianino na 1 m visok tovornjak? Apo klancu= Anavpično F · 5 m = Fg · 1 m 2000 N· 1 m F= 5m F = 400 N
F večja F večja
krajši konec daljši konec F manjša
Z dolgo palico je vse lažje Že v prazgodovini so skale premikali z dolgo palico, naslonjeno na oporo. Ta preprosta priprava spominja na gugalnico in jo imenujemo vzvod. Za razliko od gugalnice, ki je običajno podprta na sredini, palico pri vzvodu podpremo bližje bremenu. Čim bliže bremenu podpremo palico, s tem manjšo silo bomo morali palico potiskati navzdol. Hkrati se bo podaljšal premik palice na našem koncu. Če ima daljši konec dvojno dolžino krajšega, se sila, potrebna za dvig telesa, prepolovi. Delo kljub temu ostane enako, kot če bi skalo dvignili za enako višino brez uporabe vzvoda. Kje je ravnovesje na gugalnici? Naredi preprosto gugalnico in ugotovi, kje jo je potrebno podpreti, da bo v ravnovesju. Podrobna navodila najdeš v DZ na strani 57. Na osnovi vzvoda delujejo tudi škarje, klešče in podobna orodja. Ročaji so mnogo daljši od dela, ki stiska oziroma reže. Na ta način lahko z relativno majhno silo prerežemo karton, pločevino ali celo verigo – če so le ročaji dovolj dolgi.
ši konec daljši konec kraj la · dolžina sila · dolžina = si
Povzetek Z orodji si delo olajšamo, a ga ne zmanjšamo. Orodje zgolj zmanjša sile na račun povečanja premika. Klanec in vzvod zmanjšata silo, potrebno za dvig telesa. Od strmine klanca in dolžine obeh delov vzvoda je odvisno, za koliko se zmanjša sila.
Ponovi 1. Kako nam orodja olajšajo delo? 2. Opiši »delovanje« klanca in vzvoda. 3. Naštej nekaj vsakdanjih primerov uporabe klanca in vzvoda.
Razmisli Kaj bi pomenilo, če bi orodja »ojačevala« delo?
Odgovori Skalo z maso 200 kg privzdignemo z vzvodom, ki je podprt 15 cm od skale. a) Kolikšna je dolžina daljšega dela vzvoda, če skalo premaknemo s silo 200 N? b) Kolikšno delo opravimo, če skalo dvignemo za 5 cm? c) Za koliko se je pri tem premaknilo krajišče daljšega konca vzvoda?
F majhna
F velika
Vzvodi v telesu
F majhna
F velika
Podlaht (spodnji del roke) si lahko predstavljamo kot palico, pritrjeno v komolcu. Če želimo dvigniti utež, mora mišica dvigniti konec podlahti. Ta mišica pa je vpeta le nekaj centimetrov od komolca, medtem ko je utež čisto na drugem koncu. Roka je torej nekakšen narobe vzvod − sila mišice mora biti namreč približno 5-krat večja od teže uteži! Se pa za tolikokrat zmanjša premik na strani mišice, tako da zadostuje, da se mišica skrči le za nekaj centimetrov.
Rešimo skupaj Izračunajmo, kolikšna sila je potrebna, da s 5 m dolgo palico dvignemo 200 kg skalo, če je palica podprta 1 m od skale? Froke · ldaljši konec = Fskale · lkrajši konec F · 4 m = 2000 N · 1 m 2000 N· 1 m F= 4m F = 500 N
69
3.2 Preprosta orodja Delovanje orodij je na teh straneh za lažjo predstavo jejo besedilo. prikazano tudi s slikami, ki dopolnju na slikah zano prika PRED BRANJEM: oglej si, kaj je očajo slike spor nko nata kaj MED BRANJEM: ugotovi, tno koris slik je bran je ali isli, razm PO BRANJU:
Ključne besede: • škripec • pritrjeni škripec • premični škripec • dvigovanje • škripčevje
Pritrjeni škripec
1 meter
1m eter
F=2 00 N
Pritrjeni škripec je preprosto kolesce z osjo, pritrjeno na trdno podlago (strop, ostrešje, ladijska paluba ...). Za razliko od drugih orodij pritrjeni škripec ne ojačuje sil, temveč le spreminja smer sile. Najpogosteje ga uporabljamo pri dvigovanju bremen. Vrv s škripcem preusmerimo tako, da lahko breme s čim manj truda dvignemo (pomagamo si lahko tudi z lastno težo, kot delavec na sliki).
m =20 kg
roka vedro sila · premik = sila · premik
Ovijanje vrvi Če vrv napeljemo preko škripca, se velikost sile ne spremeni. Če pa vrv navijemo okoli količka ali napeljemo po zapleteni poti, se sila, potrebna za vleko, močno zmanjša – ali poveča. Če mornar vleče okoli količka navito vrv in ladjo k sebi, jo mora zaradi trenja vrvi ob količek vleči z večjo silo, kot če vrv ni navita. Če pa mornar ali soplezalec vrv zadržujeta ali popuščata (da se ladja ne oddalji od pomola ali da se plezalec počasi spušča), jima trenje pri tem pomaga in vlečeta vrv z manjšo silo.
70
V mestih na Nizozemskem ima večina starih hiš na strehi škripec. To pa zato, ker imajo tako ozka in strma stopnišča, da morajo pohištvo v stanovanje spraviti z vrvjo skozi okna.
Povzetek Pritrjeni škripec ne zmanjšuje sile, s katero dvigamo, temveč le spreminja njeno smer. Premični škripec pri navpičnem dvigu prepolovi dvižno silo, vendar se pri tem breme dvigne le za polovico premika rok. V škripčevju pritrjeni škripci preusmerjajo silo, premični pa silo zmanjšajo. Vsak dodatni premični škripec prepolovi silo.
Gibljivi škripec Gibljivi škripec se, za razliko od pritrjenega, giblje skupaj z bremenom. Pri tem polovico dvižne sile prevzame sila kavlja, na katero je pritrjena vrv, drugo polovico pa delavec. Gibljivi škripec pri navpično napeljanih vrveh prepolovi silo, potrebno za dvig. Se pa ob tem breme dvigne le za polovico premika roke.
Ponovi 1. Naštej nekaj vsakdanjih primerov uporabe različnih škripcev. 2. V čem se pritrjeni škripec razlikuje od drugih orodij? 3. Za kolikokrat zmanjša silo škripčevje iz dveh premičnih in enega pritrjenega škripca?
Razmisli Zakaj premični škripec vlečno silo natanko prepolovi?
Odgovori
1 meter
F = 100 N
F = 100 N
Za napetje jadra pri jadralni deski je potrebna sila 500 N. Pri tem se vogal jadra, kjer je pripeta vrv, premakne za 5 cm. a) Kateri škripec naj izbere deskar, da bo jadro napel s čim manjšo silo? b) S kolikšno silo mora deskar vleči vrv, če je ta speljana preko premičnega škripca? Za koliko se podaljša vrvica?
Rešimo skupaj
1 2
m =20 kg
metra
Razmislimo, kolikokrat zmanjša dvižno silo škripčevje s tremi gibljivimi in tremi pritrjenimi škripci?
1 2
vedro roka · 12 premik sila = mik sila · pre
1 gibljivi škripec 1 2 dvižne sile 2 gibljiva škripca 1 4 dvižne sile 3 gibljivi škripci 1 8 dvižne sile
gibljiva škripca
F = 50 N F = 50 N
F=5 0N
F = 50 N
Sestavi škripčevje Izberi si, kolikokrat želiš zmanjšati silo, in sestavi ustrezno škripčevje. Podrobnejša navodila so v DZ na strani 57.
F=5 0N
Škripčevje je sestavljeno iz pritrjenih in gibljivih škripcev. Pritrjeni škripci skrbijo za preusmerjanje e sil, gibljivi škripci pa zmanjšujejo sile. Vsak gibljivi vi škripec prepolovi silo, medtem ko pritrjeni škripec ec na velikost sile ne vpliva. Škripčevje z dvema gibljivima škripcema tako zmanjša dvižno silo na četrtino, škripčevje s tremi gibljivimi škripci na osmino ...
pritrjena škripca
Škripčevje
20 kg
71
3.3 Energija gj ga pogosto Energija je zelo abstrakten pojem, ki o opredeliti. jasn o uporabljamo, a večinoma ne znam tej besedi ob isliš pom kaj na PRED BRANJEM: zapiši, energiji o tke poda ne ključ tri i izpiš : MED BRANJEM giji ener PO BRANJU: povej, kaj sedaj veš o
Ključne besede: • delo • velikosti sprememb • energija • viri energije
Novinar: »O energiji kar naprej govorimo, pa bi vi znali razložiti pomen te besede?« Športnik: »Takole; če je nimaš, ne boš n’č dosegu ...« Kmet: »Hja, kaj pa vem, od Sonca pride, a ne ...« Voznik: »A ni v nafti. Ti, ampak je pa vse dražja ...« Rejver: »V Red Bullu jo je kolk'r č'š ...« Upokojenec: »Veste, zmeri manj je ‘mam ...«
Kaj je energija? Če dolgo časa ne jemo, se počutimo slabotno in ničesar ne zmoremo. Če zmanjka bencina, se avto ustavi. Če želimo uporabljati računalnik, ga moramo vključiti v električno omrežje. Če samostrela ne napnemo, ne bo izstrelil puščice. Če ne zamahnemo s kladivom, ne moremo zabiti žeblja. Če ne vzamemo zaleta, ne bomo preskočili potoka. Če reka presahne, mlin ne deluje. ?
Kakšna je razlika med napetim in nenapetim samostrelom?
Vidimo, da se v primeru, da ima avto dovolj goriva, da je samostrel napet, da reka teče, ... lahko nekaj zgodi, sicer pa ne. Gorivo v rezervoarju, napet samostrel, tekoča reka ... lahko povzročijo neko spremembo, torej lahko opravijo delo. Imajo »nekaj«, zaradi česar lahko opravijo delo. To »nekaj« imenujemo energija (angl. energy), ki jo krajše označimo z W. Energija omogoča opravljanje dela. Telesa lahko opravijo največ toliko dela, kot imajo razpoložljive energije. Ko opravljajo delo, se njihova energija manjša. Telo, ki nima energije, ne more opravljati dela oziroma povzročati sprememb. Energija je povezana z vsem, kar se godi v vesolju – je tudi razlog, da se vse zgodi. Kaj je energija, je težko razložiti in razumeti na preprost način, saj se pojavlja v različnih oblikah in povzroča najrazličnejše pojave. Zato naj zaenkrat velja, da je energija zmožnost za opravljanje dela. Energijo tako kot delo merimo v joulih (J). ! 72
Goriva poganjajo različna prevozna sredstva, stroje in elektrarne. Uporabljamo jih tudi za ogrevanje.
Energija (W) je merilo zmožnosti za opravljanje dela. Merimo jo v joulih (J).
Veter že od nekdaj poganja mline na veter, ki jih v današnjem času nadomeščajo vetrne elektrarne.
Valovi in plimovanje so še precej neizkoriščeni viri energije, ki bodo v prihodnosti gotovo igrali pomembno vlogo.
Kje dobimo energijo? Človeštvo za vse svoje dejavnosti potrebuje velike količine energije. Kot vir energije izkorišča različne snovi in naravne pojave. Zdi se, da je v naravi energije na pretek, vendar so nekateri energijski viri omejeni ali pa se obnavljajo počasneje, kot jih izrabljamo. Ljudje so se v pradavnini naseljevali le v bližini virov energije, danes pa prevoz in predelava energijskih virov omogočata življenje povsod.
Povzetek Energija je merilo zmožnosti za opravljanje dela. Povezana je z vsemi spremembami, ki se zgodijo v nas, okoli nas in tudi širše v vesolju. Z energijo lahko primerjamo obseg različnih pojavov. Človeku dostopni viri energije so: sonce, veter, voda, goriva, hrana, vroči vrelci, valovi in plimovanje.
Ponovi 1. Kako opišemo energijo? 2. Katere vire energije izkorišča človek? 3. Kako bi lahko primerjal dvig uteži in met krogle?
Odgovori in utemelji razlago Vroči vrelci iz notranjosti zemlje prinašajo na površje toploto, ki jo lahko uporabimo za ogrevanje.
Reke so ljudje nekoč uporabljali za pogon mlinov in žag, danes pa predvsem za pogon hidroelektrarn.
1. 2. 3. 4.
Kakšen je odnos človeka do virov energije? Kakšne so posledice rabe energijskih virov? Ali človek izrablja ustrezne vire energije? Kakšne vire energije bo človek izrabljal v prihodnosti?
Sonce zagotavlja rastlinam energijo za življenje in rast, ljudem pa toploto in mnoge druge vire energije (veter, hrana, reke ...).
Katera sprememba je večja?
Hrana je vir energije za življenje živali in ljudi. Hrana nastaja v rastlinah s pomočjo sončne svetlobe.
Da predstavlja eksplozija supernove večjo spremembo kot eksplozija atomske bombe, ni težko ugotoviti. Kaj pa padec meteorja v primerjavi z atomsko bombo? Ali je mogoče primerjati tako različne pojave? Čim več energije se sprosti ali pretvori pri nekem pojavu, tem večja sprememba je ob tem nastala. Tako lahko med seboj primerjamo tudi zelo različne pojave. Zato pojem »energija« uporabljamo ne le v fiziki, temveč tudi v kemiji, biologiji, športu, gospodarstvu in vsakdanjem življenju. V vsakdanjem življenju pojem »energija« ni tako natančno opredeljen kot v fiziki, čeprav se običajno tudi povezuje s spremembami. 73
3.3 Energija gj a niso zapisani v Tudi v tem poglavju naslovi namenom . avjih pogl ih drug obliki vprašanj kot pri vprašanj i oblik v ši zapi ove nasl : PRED BRANJEM vprašanja na vore odgo uj oblik : NJEM BRA MED Jih razumeš? PO BRANJU: Si zadovoljen z odgovori?
Wk = 0
Wk > 0
Gibanje Avto, ki miruje, za razliko od tistega, ki se giblje, nima kinetične energije ...
... med dvema voziloma, ki se gibljeta z enako hitrostjo, pa ima večjo kinetično energijo tisto, ki ima večjo maso. Posledice trka pri hitrosti 70 km h so lahko dvakrat hujše kot pri vsega 20 km/h nižji hitrosti. Kinetična energija je namreč sorazmerna s kvadratom hitrosti in 2 je pri 70 km h (70 =4900) skoraj dvakrat večja kot pri 2 50 km h (50 =2500).
Telesa, ki se gibljejo, lahko opravijo delo – veter poganja jadrnico, voda vrti mlinsko kolo, kamen lahko razbije šipo, lokomotiva vleče vagone, kladivo zabije žebelj ... Gibajoča se telesa imajo energijo, ki je odvisna od njihove hitrosti in mase. Tej obliki energije pravimo kinetična energija in jo označujemo z Wk. Večja kot je hitrost telesa, večjo kinetično energijo ima. Enako velja tudi za maso. Dokler se telo nemoteno giblje, ima ves čas enako kinetično energijo, ko pa opravi delo, se mu kinetična energija in s tem tudi hitrost zmanjša. Če telo miruje, nima kinetične energije. !
Kinetična energija (Wk ) je odvisna od mase telesa in hitrosti, s katero se giblje.
Od česa je odvisna Wk ? Z deščico in žogicama za namizni in pravi tenis ugotovi, od česa je odvisna kinetična energija. Podrobnejša navodila so v DZ na strani 60.
Zgradba snovi in temperatura Nekatere segrete snovi – npr. para v kotlu – lahko opravijo delo. Podobno se tudi pri določenih kemijskih in jedrskih reakcijah sprosti energija, ki se lahko uporabi za opravljanja dela. Tako tekoča goriva poganjajo različne motorje, hrana živa bitja, premog in uran turbine v elektrarni ... Sklepamo, da imajo vsa telesa energijo, ki je povezana z njihovo zgradbo oziroma temperaturo. Tej obliki energije pravimo notranja energija in jo označujemo z Wn (več na straneh 98 in 99). Vendar je notranjo energijo, z izjemo goriv in segretih plinov, zelo težko pretvoriti v delo.
74
Koliko energije je v hrani? Na embalaži različnih prehrambenih izdelkov poišči njihovo energijsko vrednost. Podrobnejša navodila so v DZ na strani 61.
Povzetek
Dvig Telesa, ki so na neki višini – sneg na strmem pobočju, ledene sveče, voda za jezom, skale na robu prepada – lahko dolgo časa ostanejo na istem mestu in ne opravijo nobenega dela. Če pa takšno telo pade, zdrsne ali se skotali navzdol, lahko med spuščanjem ali ob pristanku opravi delo. Torej imajo telesa na višini energijo, ki je povezana z njihovo lego. Taj obliki energije pravimo potencialna energija in jo označimo z Wp. Potencialna energija je odvisna od teže telesa in višine, na kateri je telo. Potencialno energijo lahko izračunamo kot zmnožek teže in višine (od kod merimo višino, se sami odločimo – običajno od tla). Kar na kratko zapišemo: potencialna energija = teža · višina ali Wp = Fg · h !
Potencialna energija (Wp) je odvisna od teže telesa in višine, na kateri telo je.
Wp = Fg · h
Pri dvigovanju in spuščanju teles se z lego teles spreminja tudi potencialna energija. Sprememba Wp je povezana s spremembo višine:
Energija je lahko v različnih oblikah. Notranja energija je povezana z notranjim stanjem telesa, prožnostna energija pa z deformacijo prožnega telesa. Kinetična energija je odvisna od hitrosti in mase telesa, medtem ko je potencialna energija telesa odvisna od višine, na kateri telo je, in teže telesa.
Ponovi 1. S katerimi oblikami energije se srečuješ v tem trenutku? 2. Katere oblike energije imajo odebeljeno zapisana telesa? a) Sendvič v hladilniku. b) Košarkaška žoga v letu. c) Raketa ob vzletu. č) Plošček, ki drsi po ledu. d) Astronavt v breztežnem prostoru.
Razmisli Tudi naelektrena in namagnetena telesa imajo energijo. Ali to pomeni, da obstajajo še druge oblike energije?
Odgovori Za koliko se ti poveča potencialna energija, če se s Pokljuke povzpneš na Triglav? Poišči manjkajoče podatke.
ΔWp = Fg · Δh
Wp > 0
pri čemer grša črka (Δ) pomeni spremembo. Pri tem je vseeno, na kakšen način telo pridobi višino. Če se v vrhnje nadstropje veleblagovnice odpravimo po tekočih stopnicah, z dvigalom ali peš, bomo imeli v vseh treh primerih na koncu enako potencialno energijo. Pomembna je le višinska razlika med začetnim in končnim stanjem.
Rešimo skupaj Izračunajmo, kolikšna je potencialna energija 1 m3 (1000 kg) vode v zbiralnem jezeru 50 m nad hidroelektrarno? Wp = Fg · h
Wp = 0
Wp = 1000 · 10 N · 50 m Wp = 5 · 105 N · m
Raztezek Z napetim lokom lahko spravimo v gibanje puščico. Napeta prožna telesa, kot so elastika, lok, gumijasta žogica, vzmet, frača, katapult, jeklena vzmet v uri ipd. lahko opravijo delo, če jih sprostimo. Energiji, ki jo imajo v napetem stanju, pravimo prožnostna energija in jo označimo z Wpr. Bolj kot je prožno telo napeto, stisnjeno, upognjeno, zvito ..., večja je njegova prožnostna energija. Hkrati pa je odvisna tudi od tega, kako težko mu je spremeniti obliko. Če pa spremenimo obliko neprožnemu telesu, ki se ne more povrniti v prvotno stanje, se mu namesto prožnostne energije poveča notranja energija.
75