Mekaaninen energia. Energian säilymislaki Työ, teho, hyötysuhde Mekaaninen energia Sisäenergia Lämpö = siirtyvää energiaa. Suppea energian määritelmä:

Samankaltaiset tiedostot
Fysiikan perusteet. Työ, energia ja energian säilyminen. Antti Haarto

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

dl = F k dl. dw = F dl = F cos. Kun voima vaikuttaa kaarevalla polulla P 1 P 2, polku voidaan jakaa infinitesimaalisen pieniin siirtymiin dl

Miltä työn tekeminen tuntuu

TEHTÄVIEN RATKAISUT. b) 105-kiloisella puolustajalla on yhtä suuri liikemäärä, jos nopeus on kgm 712 p m 105 kg

Muunnokset ja mittayksiköt

Työ ja kineettinen energia

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

DEE Sähkötekniikan perusteet

W el = W = 1 2 kx2 1

Fysiikan valintakoe , vastaukset tehtäviin 1-2

Heilurin heilahdusaikaan vaikuttavat tekijät

3.4 Liike-energiasta ja potentiaalienergiasta

Työ ja energia. Haarto & Karhunen.

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Luento 9: Potentiaalienergia

Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta - dia-valinta 2013 Insinöörivalinnan fysiikan koe , malliratkaisut

Luku 8. Mekaanisen energian säilyminen. Konservatiiviset ja eikonservatiiviset. Potentiaalienergia Voima ja potentiaalienergia.

Luento 11: Potentiaalienergia. Potentiaalienergia Konservatiiviset voimat Voima potentiaalienergiasta gradientti Esimerkkejä ja harjoituksia

Luku 7 Työ ja energia. Muuttuvan voiman tekemä työ Liike-energia

Ideaalikaasulaki. Ideaalikaasulaki on esimerkki tilanyhtälöstä, systeemi on nyt tietty määrä (kuvitteellista) kaasua

Tehtävänä on määrittää fysikaalisen heilurin hitausmomentti heilahdusajan avulla.

Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta - dia-valinta 2011 Insinöörivalinnan fysiikan koe , malliratkaisut

AUTON LIIKETEHTÄVIÄ: KESKIKIIHTYVYYS ak JA HETKELLINEN KIIHTYVYYS a(t) (tangenttitulkinta) sekä matka fysikaalisena pinta-alana (t,

Termodynamiikan suureita ja vähän muutakin mikko rahikka

FYSIIKKA. Mekaniikan perusteita pintakäsittelijöille. Copyright Isto Jokinen; Käyttöoikeus opetuksessa tekijän luvalla. - Laskutehtävien ratkaiseminen

VUOROVAIKUTUS JA VOIMA

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

g-kentät ja voimat Haarto & Karhunen

Fysiikka 1. Dynamiikka. Voima tunnus = Liike ja sen muutosten selittäminen Physics. [F] = 1N (newton)

Luvun 10 laskuesimerkit

Monissa fysiikan probleemissa vaikuttavien voimien yksityiskohtia ei tunneta

On määritettävä puupalikan ja lattian välinen liukukitkakerroin. Sekuntikello, metrimitta ja puupalikka (tai jääkiekko).

Fysiikan perusteet. Voimat ja kiihtyvyys. Antti Haarto

Voiman momentti M. Liikemäärä, momentti, painopiste. Momentin määritelmä. Laajennettu tasapainon käsite. Osa 4

on radan suuntaiseen komponentti eli tangenttikomponentti ja on radan kaarevuuskeskipisteeseen osoittavaan komponentti. (ks. kuva 1).

Peruslaskutehtävät fy2 lämpöoppi kurssille

Henkilöauton energiankäyttö ja hybridiauton energiatehokkuus

Konventionaalisessa lämpövoimaprosessissa muunnetaan polttoaineeseen sitoutunut kemiallinen energia lämpö/sähköenergiaksi höyryprosessin avulla

Energia, energian säilyminen ja energiaperiaate

DEE-11110: SÄHKÖTEKNIIKAN PERUSTEET

Kemiallinen reaktio

PAINOPISTE JA MASSAKESKIPISTE

BM30A0240, Fysiikka L osa 4

v = Δs 12,5 km 5,0 km Δt 1,0 h 0,2 h 0,8 h = 9,375 km h 9 km h kaava 1p, matkanmuutos 1p, ajanmuutos 1p, sijoitus 1p, vastaus ja tarkkuus 1p

Luento 10: Työ, energia ja teho

Luento 10: Työ, energia ja teho. Johdanto Työ ja kineettinen energia Teho

4) Törmäysten lisäksi rakenneosasilla ei ole mitään muuta keskinäistä tai ympäristöön suuntautuvaa vuorovoikutusta.

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

Termodynamiikka. Termodynamiikka on outo teoria. Siihen kuuluvat keskeisinä: Systeemit Tilanmuuttujat Tilanyhtälöt. ...jotka ovat kaikki abstraktioita

Luvun 5 laskuesimerkit

Luento 13: Periodinen liike

Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta - dia-valinta 2009, insinöörivalinnan fysiikan koe , malliratkaisut

b) Laskiessani suksilla mäkeä alas ja hypätessäni laiturilta järveen painovoima tekee työtä minulle.

Luento 9: Potentiaalienergia

Lämpöopin pääsäännöt

FYSIIKKA. ETÄPAKETTI Auto- ja logistiikka-ala

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

PHYS-C0220 Termodynamiikka ja statistinen fysiikka Kevät 2017

4 Liikemäärä ja liikemäärän säilyminen

Lämmityksen lämpökerroin: Jäähdytin ja lämmitin ovat itse asiassa sama laite, mutta niiden hyötytuote on eri, jäähdytyksessä QL ja lämmityksessä QH

Coulombin laki. Sähkökentän E voimakkuus E = F q

RATKAISUT. Luokka 1. Tehtävä 1. 1 a + 1 b = 1 f. , a = 2,0 m, b = 0,22 m. 1 f = a+ b. a) Gaussin kuvausyhtälö

Jani-Matti Hätinen Työn pvm assistentti Stefan Eriksson

PHYS-A0120 Termodynamiikka syksy 2017

763306A JOHDATUS SUHTEELLISUUSTEORIAAN 2 Ratkaisut 3 Kevät E 1 + c 2 m 2 = E (1) p 1 = P (2) E 2 1

KOE 3, A-OSIO Agroteknologia Agroteknologian pääsykokeessa saa olla mukana kaavakokoelma

Luento 10. Potentiaali jatkuu, voiman konservatiivisuus, dynamiikan ja energiaperiaatteen käyttö, reaalinen jousi

T F = T C ( 24,6) F = 12,28 F 12,3 F T K = (273,15 24,6) K = 248,55 K T F = 87,8 F T K = 4,15 K T F = 452,2 F. P = α T α = P T = P 3 T 3

Muita lämpökoneita. matalammasta lämpötilasta korkeampaan. Jäähdytyksen tehokerroin: Lämmityksen lämpökerroin:

Lämpöoppi. Termodynaaminen systeemi. Tilanmuuttujat (suureet) Eristetty systeemi. Suljettu systeemi. Avoin systeemi.

Molaariset ominaislämpökapasiteetit

Luvun 5 laskuesimerkit

1240eV nm. 410nm. Kun kappaleet saatetaan kontaktiin jännite-ero on yhtä suuri kuin työfunktioiden erotus ΔV =

Luento 11: Potentiaalienergia

Luento 11: Periodinen liike

MEKANIIKAN TEHTÄVIÄ. Nostotyön suuruus ei riipu a) nopeudesta, jolla kappale nostetaan b) nostokorkeudesta c) nostettavan kappaleen massasta

Pietarsaaren lukio Vesa Maanselkä

LUKION FYSIIKKAKILPAILU PERUSSARJA

YO-harjoituskoe B / fysiikka Mallivastaukset

Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta - dia-valinta 2014 Insinöörivalinnan fysiikan koe , malliratkaisut

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

a) Kun skootterilla kiihdytetään ylämäessä, kitka on merkityksettömän pieni.

Käytetään lopuksi ideaalikaasun tilanyhtälöä muutoksille 1-2 ja 3-1. Muutos 1-2 on isokorinen, joten tilanyhtälöstä saadaan ( p2 / p1) = ( T2 / T1)

Luento 6: Liikemäärä ja impulssi

1. Kumpi painaa enemmän normaalipaineessa: 1m2 80 C ilmaa vai 1m2 0 C ilmaa?

L a = L l. rv a = Rv l v l = r R v a = v a 1, 5

Massakeskipiste Kosketusvoimat

AVOIMEN SARJAN VASTAUKSET JA PISTEITYS

MAOL-Pisteityssuositus Fysiikka syksy 2013

Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta - dia-valinta 2012 Insinöörivalinnan fysiikan koe , malliratkaisut

FYSIIKAN HARJOITUSKOE I Mekaniikka, 8. luokka

Energia-alan keskeisiä termejä. 1. Energiatase (energy balance)

Voima F tekee työtä W vaikuttaessaan kappaleeseen, joka siirtyy paikasta r 1 paikkaan r 2. Työ on skalaarisuure, EI vektori!

KERTAUSTEHTÄVIÄ KURSSIIN A-01 Mekaniikka, osa 1

Jakso 6: Värähdysliikkeet Tämän jakson tehtävät on näytettävä viimeistään torstaina

HARMONISEN VÄRÄHTELIJÄN JAKSONAIKA JA HEILURIEN HEILAHDUSAJAT - johtaminen 1) VAIMENEMATON HARMONINEN VÄRÄHDYSLIIKE

Luku 13. Kertausta Hydrostaattinen paine Noste

RATKAISUT: 12. Lämpöenergia ja lämpöopin pääsäännöt

Transkriptio:

Mekaaninen energia Energian säilymislaki Työ, teho, hyötysuhde Mekaaninen energia Sisäenergia Lämpö = siirtyvää energiaa Suppea energian määritelmä: Energia on kyky tehdä työtä => mekaaninen energia Ei kata kaikkea, esim. säteilyenergia, massan energia, tyhjiöenergia,...

Energian säilymislaki Energia voi siirtyä tai muuntua toiseen muotoon, mutta energiaa ei synny eikä häviä Esim. Polttoaineen kemiallinen energia muuttuu auton moottorissa lämpöenergiaksi, edelleen auton liikeenergiaksi, ja lopuksi kitkan ja ilmanvastuksen kautta ääni- ja lämpöenergiaksi

Voiman tekemä työ W = F s F = kappaleeseen vaikuttava voima s = siirtymä voiman suunnassa Yksiköt: [W] = 1N 1m = 1Nm = 1J Huomaa: jos voima liikkeen suuntaa vastaan, työ W = - Fs (esim. kitka) Esim. Laatikkoa työnnetään lattiaa pitkin (oheinen kuva): - Työntävä voima F tekee työn W = F s - Kitkavoima tekee työn W μ = -F μ s - Painovoima G ei tee työtä: laatikko ei siirry voiman suunnassa - Tukivoima N ei tee työtä - => esim. laukun kannatteleminen ei ole työtä fysiikan merkityksessä! Työ siirtää kappaleeseen energiaa

Työ pinta-alana (graafinen integrointi) Vakiovoima: ks.kirja s. 36 Muuttuvan voiman tekemä työ = pinta-ala (paikka,voima) -koordinaatistossa Säännöllinen monikulmio: - Esim. kolmion pinta-alana W = 3,9N 0.3 m / 2 = 0,585 J Epäsäännöllinen kuvio: - kokonaiset ruudut + ½ osaruudut = 35 + ½ 18 = 44-1 ruutu = 2N 1m = 2 J W = 44 2J = 88 J

Potentiaalienergia E p Kun kappale nostetaan ylemmäs (Maan vetovoimakentässä), sen potentiaalienergia E p kasvaa tehdyn työn (W = G h = mgh) verran paino G = mg g 9,81 m/s 2 Yksiköt: [E p ] = [m] [g] [h] = 1 kg m/s 2 m Potentiaalienergia kasvaa, kun kappaletta nostetaan = 1 kgm 2 /s 2 = 1J (joule) pienenee, kun kappaletta lasketaan alemmas potentiaalienergian 0-taso valitaan niin, että laskut tulevat yksinkertaisiksi

Liike-energia E k E k = ½ mv 2, jossa m = kappaleen massa (kg) v = kappaleen nopeus (m/s) Yksiköt: [E k ] = [m] [v] 2 = 1kg (m/s) 2 = 1 kgm 2 /s 2 = 1J Kun nopeus kaksinkertaistuu, liike-energia nelinkertaistuu!

Mekaaninen energia = liike-energia + potentiaalienergia Uimahyppääjän mekaaninen energia (a=alussa, l=lopussa): - ennen hyppyä: E pa + E ka = mgh + 0 = mgh - veden pinnassa: E pl + E kl = 0 + ½mv 2 = ½mv 2 Kun oletetaan ilmanvastus merkityksettömän pieneksi (kitkan tekemä työ = 0), hypyn lopussa energiaa on yhtä paljon kuin hypyn alussa, siis mgh = ½ mv 2 Hypyn aikana potentiaalienergia on muuttunut liike-energiaksi. Yleisesti pätee, että jos energiaa ei muutu lämmöksi, systeemin mekaaninen energia säilyy: energia alussa = energia lopussa eli E pa + E ka = E pl + E kl

Esimerkki: heilurin mekaaninen energia jokaisella heilahduksella mekaaninen energia vaihtuu potentiaalienergiasta (ääriasento) liike-energiaksi (tasapainoasema) ja takaisin. Tasapainoaseman ja ääriasennon välillä heilurilla on sekä liike- että potentiaalienergiaa simulaatiota: heiluri skeittaaja

(Mekaniikan energiaperiaate) Esim. keinuja: - Jos painovoima on ainoa vaikuttava voima, mekaaninen energia ei muutu - Kun keinujalle annetaan lisää vauhtia työntämällä voimalla F matka s, keinujaan tehdään työ W = Fs - Keinujan energia kasvaa tehdyn työn verran: E l = E a + W tai: ΔE = E l - E a = W Mekaniikan energiaperiaate: energian muutos = systeemiin tehty työ - Ilmanvastus ja kitkavoimat vaikuttavat liikettä jarruttavasti ja tekevät negatiivista työtä W μ = -F μ s, => mekaaninen energia vähitellen häviää (muuttuu kitkatyön kautta lämmöksi) ja liike pysähtyy HUOM! Painovoiman tekemä työ (Gh = mgh) sisältyy potentiaalienergiaan, sitä ei siis lasketa tehtyyn työhön W.

Teho = työntekonopeus W P t missä W = tehty työ (J) ja t = käytetty aika (s) Tehty työ: W = P t 1J = 1 Ws Yksikkö: [P] = [W] / [t] = 1J/1s = 1 W (watti). Myös: P = ΔE/Δt (ajassa Δt siirtynyt energia ΔE, esim. sähköenergia) Sähköenergia: 1 kwh = 1000 W 3600 s = 3,6 10 6 J = 3,6 MJ (ks. MAOL) (Hevosvoima: 1hv = 1hp = 746 W)

Kone, hyötysuhde - Kone saa ottoenergiansa E otto esim. sähkönä tai polttoaineen kemiallisena energiana -Vain osa energiasta muuttuu hyötyenergiaksi E tuotto, kuten liikkeeksi - Osa energiasta muuttuu aina hukkaenergiaksi, kuten lämmöksi, ääneksi jne. Hyötysuhde ilmaisee, kuinka suuri osuus (prosentteina) koneen ottamasta energiasta muuttuu haluttuun tarkoitukseen ( η = eeta ): E E tuotto otto W W tuotto otto P P tuotto otto Hyötysuhde on aina pienempi kuin yksi