Versio 1/2016 FYSIIKKA. ETÄPAKETTI Auto- ja logistiikka-ala Opiskelija Opettaja Anastasia Vlasova anastasia.vlasova@stadinao.fi Stadin ammattiopisto 2015/2016
1. Fysiikan ilmiöitä auto- ja logistiikka-alalla Klassinen fysiikka tutkii mekaaniset ilmiöt, valoilmiöt, sähköilmiöt, magneettiset ilmiöt, ja ääni-ilmiöt. Jako on ehdollinen. (Jotkut ilmiöt kuuluvat muutamaan ryhmään. Esim. Sähkövirta lampun metallilangassa aiheuttaa lämmön ja valon vapautumista.) Tehtävä 1. Siirrä alhaalla olevat ilmiöt oikeisiin ryhmiin. Lisää jokaisen ryhmään 1-2 ilmiötä lisää. Sitten keksi esimerkit auto- ja logistiikka-alalla. Ilmiöt: heijastuminen, inertia, ferromagnetismi, lämpötilan nousu, höyrystyminen, moottorin ääni, Kitka, Sähkömagneettinen induktio, värit, valon taittuminen, sähköenergian varastointi, valon eteneminen LÄMPÖILMIÖT MEKAANISET ILMIÖT MAGNEETTISET ILMIÖT ILMIÖ ÄÄNI-ILMIÖT SÄHKÖILMIÖT VALOILMIÖT 1
Tehtävä 2. Mieti mitkä ilmiöt liittyvät liikenneturvallisuuteen. Selitä esimerkkien avulla. 1) Valo voi olla eri värillä (valoilmiö). Auton etuvalot ovat, takavalot ovat. Sen avulla kuljettaja ymmärtää. 2) Inertia ( ilmiö) tarkoittaa. Inertian takia autossa: - - - 3)? 4)? Tehtävä 3. Tee 3 valokuvaa/lyhyttä videota (kännykkäkameralla tehdyt sopivat), joissa näkyy erilaisia fysiikan ilmiöitä auto- ja logistiikka-alalla (1 ilmiö/kuva). Muista lisätä selitys, mitä kuvassa näkyy. Kuva/video on sijoitettava tähän http://padlet.com/a_vlasova/oqncr44w79of Kirjoita tälle paperille vain mitkä valokuvat/videot lisäsit. Laita kommenttisi seinille. 2
2. Yksikkömuunnokset 1h = 60 min = 60 60 s = 3600 s 1 m s = 1 m 1 3600 h = 1 3600 m h = 3600 m h = 3,6 km h 3,6 m s km h 1 km h = 1 km 1 h, kerrotaan luvulla 3,6 = 1000 m 3600 s = 1 3,6 m s m/s km/h km h m s, jaetaan luvulla 3,6 : 3,6 Tehtävä 1. Tee yksikkömuunnokset a) 72 km h = m s b) 30 m s = km h c) 30 km min = m s d) 900 km h = m s e) 125 km h = m s f) 25 m s = km h g) 12 km h = m s h) 3 km h = m s i) 14 m s = km h 3
Etuliitteet etuliite lyhenne kerroin tera T 10 12 giga G 10 9 mega M 1 000 000 kilo k 1000 desi d 0,1 sentti c 0,01 milli m 0,001 mikro µ 0,000 001 nano n 0,000 000 001 Tehtävä 2. Ilmoita ilman etuliitettä (ma -> A, MW-> W, GJ -> J ym.) Poimi taulukosta mitä etukirjain tarkoittaa ja tee kertolasku vastaavalla kertoimella (taulukosta) a) 0,25 ma = b) 0,025 ma = c) 250 MW = d) 300 GJ = e) 250 μm = f) 200 nm = g) 300 cm = h) 5 dl = Tehtävä 3. Ilmoita järkevällä etuliitteellä. Esim. 5600000 W = 5,6 MW a) 2 000 000 J = b) 150 000 000 W = c) 0, 000 004 m = d) 0, 000 000 026 m = e) 2 000 V = f) 0,0007 A = Tehtävä 4. Tee ajan yksikkömuutoksia 30 h = s 3 d = min 12 h = min 120 min= h 10 min= h 7,5 min = s 200 s = h 10 s = h 1/6 h = min 1 / 12 h = min Muista 1 h = 60 min, 1 min = 60 s Esim: 80 min = 80/60 h = 1,33 h 4
S= V t 3. MATKA. NOPEUS. AIKA 1. Kuinka pitkän matkan auto kulkee 2 tunnissa, jos sen nopeus on 75 km/h? 2. Jalankulkija ylittää katua 10 s. Kuinka pitkän matkan lähestyy 50 km/h kulkeva auto ylitysaikana? 3. Kuinka nopeasti pitää ajaa, jotta ehtii tehdä 120 km:n matkan kolmessa tunnissa? 4. Kuinka kauan kestää 60 km:n matka, jos mennään polkupyörällä 12 km/h nopeudella? 5. Auto lähestyy 50 m päässä. Sen nopeus on 100 km/h. Kuinka kauan sitä pitää odottaa ennen kuin pääsee ylittämään tietä? Kannattaako odottaa vai juosta edestä? 5
6. Auto lähestyy suojatietä 50 km/h nopeudella. Se on 30 m etäisyydellä, kun jalankulkija aikoo astua tielle. Kuinka kauan auton lähestyminen kestää, kun nopeus ei muutu? 7. Polkupyöräilijä ajaa 30 km/h nopeudella. 100 m ennen risteystä auto ohittaa pyöräilijän 50 km/h nopeudella. Autoilija pysähtyy 5 s ajaksi risteykseen kääntyäkseen oikealle. Autoilija katsoo ensin oikealle ja lopuksi vasemmalle, koska hän aikoo kääntyä vasemmalta tulevien kaistalle. Missä pyöräilijä on, kun auto alkaa kääntyä? 8. Kalle ajoi polkupyörällä tasaisella nopeudella 1 km matkan ajassa 2 min 40 s. Laske Kallen nopeus! 9. Autoilijan reaktioaika on 1,8 s ennen jarrutusta. Kuinka pitkän matkan auto kulkee reaktioaikana, kun nopeus on 120 km/h. 6
4. Kiihtyvyys a [m/s 2 ] Kiihtyvyys ilmoittaa nopeuden muutoksen aikayksikköä kohti. Yksikkö on yleensä aina m/s 2 (nopeuden (m/s) muutos sekuntia kohti) Kiihtyvyys = nopeuden muutos aika eli a = V t Maapallon aiheuttama putoamiskiihtyvyys g on noin 9,8 m/s 2. Toisin sanoen vapaasti putoavan kappaleen nopeus lisääntyy 9,8 m/s jokaisen sekunnin aikana (jos ilmanvastusta ei oteta huomioon). nopeus kasvaa nopeus pysyy samana nopeus pienenee a>0 kiihtyy (tasaisesti) a=0 tasainen liike a< 0 hidastuu (tasaisesti) apukaavat a = V loppu V alku t t = V loppu V alku a V loppu = V alku + at V alku = V loppu at Matka S = V alku t + at2 2 tai s = keskinopeus aika tai s = V alku+v loppu 2 t 7
Esimerkki Jarrutuskokeessa mitattiin auton hidastuvuudeksi 9 m/s 2. Missä ajassa auto pysähtyy nopeudesta 27 m/s? Ratkaisu t = nopeuden muutos = V hidastuvuus Vastaus: 3 s = 27 m a s 0m s 9 m = 3 s s 2 Tehtävät 1. Uusi hollantilaisten opiskelijoiden tekemä sähköinen kilpa-auto kiihtyy nopeuteen 100 km/h 2,15 sekunnissa, joka on 0,5 sekuntia edellistä ennätystä nopeammin. Laske auton kiihtyvyys. 2. Kimin Ferrari pysähtyy liikennevaloihin. Laske auton kiihtyvyys, kun valojen vaihduttua ja auton uudelleen käynnistämisestä 2,5 sekunnin kuluttua nopeus on 70 km/h. 3. Moottoripyörän nopeus nousi 6 sekunnissa 20 km/h:sta 80 km/h:iin. Mikä oli moottoripyörän keskikiihtyvyys? 4. Auton kiihtyvyys on 9,0 m/s². Mikä on auton nopeus 2,0 s:n kuluttua? Ilmoita tulos yksikkönä km/h. 8
5. Henkilöauton törmäyksessä auton etuosa painuu kokoon ja turvatyynyt laukeavat, jolloin auton ja matkustajien nopeus törmäyksessä pienenee. Eräässä törmäyskokeessa auto törmäsi esteeseen 30 km/h:n nopeudella, ja törmäyksen kestoksi mitattiin 0,08 s. Kuinka suuri oli auton keskimääräinen hidastuvuus (negatiivinen kiihtyvyys)? 6. Kappale putoaa vapaasti alaspäin. Täytä taulukko, käyttämällä putoamiskiihtyvyytenä 10 m/s 2. Aika, s Nopeus = kiihtyvyys aika, m/s Matka= keskinopeus aika, m 0 0 0 1 2 3 4 5 10 12 20 9
5. Voima Voiman tunnus F (force) Painovoiman tunnus G (gravity) Voiman ja painovoiman yksikkö on N (newton) Miksi kappale lähtee liikkeelle? - Kappaleen nopeuden muuttamiseksi tarvitaan voimaa - Liikkeen suunnan muuttamiseksi tarvitaan voimaa. Newtonin lait Newtonin I laki (Jatkuvuuden laki) Kappale pysyy levossa tai jatkaa tasaista suoraviivaista liikettä vakionopeudella, jos siihen ei vaikuta ulkoisia voimia tai vaikuttavien voimien summa on nolla. Tehtävä: Lisää tähän kuvat: 1. Auto ei liiku. 2. Kaveri työntää autoa 3. Kaveri ajaa autoa. Esimerkkejä logistiikka- ja auto-alasta - Kolarissa matkustaja lentää ulos tuulilasin kautta, jos turvavyö ei ole kiinni (matkustaja jatkaa liikettä Newtonin I laki) - lisää tähän selitys, miksi tavaroiden pitää olla kiinni - Miksi ei voi laittaa kuormaan painava tavara toisen päälle kiinnittämättä? 10
Newtonin II laki (Dynamiikan peruslaki) Kappaleeseen vaikuttava kokonaisvoima F antaa kappaleelle kiihtyvyyden a. F = m a Dynamiikan peruslaki pätee myös putoavalle kappaleelle. G = m g, putoamiskiihtyvyys g= 9,8 m s 2 Laskutehtävät. 1. Laske oma painovoimasi. 2. Laske painovoimasi Kuussa, kun putoamiskiihtyvyys g kuu = 1,622 m s 2. 3. Auton hidastuvuus on 6,2 m s2. Auton massa on 950 kg. Laske kitkavoima. 4. Kiihdytysauton moottorin työntövoima on 12,8 kn. Kuinka suuren kiihtyvyyden auto saa, jos sen massa on 880 kg? 5. Voimamittarilla mitattiin vaihteiston painovoimaksi 1,3 kn. Kuinka suuri on vaihteiston massa? 11
Newtonin III laki (Voiman ja vastavoimanlaki) Jos kappaleeseen vaikuttaa voima, niin samanaikaisesti kappale vaikuttaa toiseen kappaleeseen yhtä suurella, mutta suunnaltaan vastakkaisella voimalla. Voima ei koskaan voi esiintyä yksin. Voimien yhteisvaikutus Jokainen kappale on aina vuorovaikutuksessa yhden tai useamman muun kappaleen kanssa, jolloin siihen vaikuttaa useita voimia. Voimia voidaan kuvata voimavektorilla (nuolilla), joka kuvaa voiman F suuruutta ja suuntaa. Esimerkki: 1. Kuinka suuri on kokonaisvoima, kun Juha työntää laatikkoa 500 N:n voimalla ja Mikko työntää sitä samaan suuntaan 400 N:n voimalla? Piirrä voimanuolet. Ratkaisu: Kokonaisvoima R = F Mikko +F Juha = 500 N + 400 N = 900 N 12
Laskutehtävät 1. Kuinka suuri on kokonaisvoima, kun Petri työntää autoa eteenpäin 700 N:n voimalla ja Jukka työntää sitä vastakkaisesta suunnasta 550 N:n voimalla? Piirrä voimanuolet. 2. Kuinka suuri on kokonaisvoima, kun Petri työntää autoa eteenpäin 400 N:n voimalla ja Jussi ja Antti työntävät sitä samaan suuntaan jokainen 500 N:n voimalla? Piirrä voimanuolet. 3. Kappale ei putoa, jos sen panovoimavektori kulkee pohjan kautta. Painovoimavektorin alkupiste on kappaleen keskipiste. Piirrä kappaleeseen painovoimavektorit ja tee päätöksen putoaako se vai ei. 13
Täytä käyttämällä oppikirjaa tai hae tiedot verkossa. KITKA. Kitka, eli on kahden kappaleen toisiaan koskettavien pintojen välissä ilmenevää liikettä tai liikkeen alkamista vastustavaa. Kappaleille voi olla olemassa kolme erilaista kitkaa:, ja. Niistä pienin on, suurin on Millä tavalla voidaan pienentää kitkaa? (Mainitse 5 asiaa) Koska tarvitaan suurempaa kitkaa? (Anna 2-3 esimerkkiä) 14
6. Voiman momentti Katso yllä olevia kuvia. Kummalla avaimella olisi helpompi toimia rengasta vaihdettaessa ja miksi? Voiman vääntövaikutusta sanotaan voiman momentiksi. M = F d M voiman momentti (Nm) F voima (N) d etäisyys kiertoakselista eli voiman varsi (m) Esimerkki 1. Kuinka suuri momentti kohdistuu pulttiin, kun sitä väännetään 280 pitkällä avaimella 400 N:n voimalla? Ratkaisu: F= 400 N d= 280 mm = 0, 28m M-? M= F d M= 400 N 0,28 m = 112 Nm Vastaus: voiman momentti on 112 Nm 2. Audin ohjeessa sanottu, että neljällä pultilla kiinnitettyjen vanteiden M12-pulttien kiristysmomentti on 110 Nm. Laske vääntävä voima, kun voiman varsi on 400 mm. Ratkaisu: M = 110 Nm d = 400 mm = 0,4 m F -? M= F d F = M d F = 110 Nm 0,4 m = 275 N Vastaus: Voima 275 N 15
Vipu Vipu on tasapainossa, kun momentti vastapäivään on yhtä suuri kuin momentti myötäpäivään. F 1 D 1 = F 2 D 2. Vipu tai vipuvarsi on ikivanha yksinkertainen mekaaninen kone. Vipua käytetään, kun tarvitaan suurta voimaa. Vivun avulla voidaan pienellä voimalla ja suurella liikkeellä tuottaa suuri voima ja pieni liike: "mikä matkassa hävitään se voimassa voitetaan.".. Vipuvarren idea hyödynnetään myös monissa työkaluissa ja mekaanisissa laitteissa - sakset - pihdit - keinulauta Yksivartinen vipu Kaksivartinen vipu Missä autoalassa käytetään vipuvartta? - - - - 16
Laskutehtävät: 1. Kuinka suuri momentti kohdistuu pulttiin, kun sitä väännetään 230 mm pitkällä avaimella a) 200 N:n b) 500 N:n c) 1,4 kn:n voimalla? 2. Laske voiman varsi, kun momentti on 120 Nm, ja vääntävä voima a) 200 N b) 300 N c) 950 N. 3. Laske vääntävä voima, kun voiman varsi on 350 mm, ja momentti on a) 110 Nm b) 160 Nm c) 250 Nm 4. Asentaja vetää avaimesta 237 N voimalla ja avaimen momenttivarsi on 180 mm. Kuinka suuri on momentti, jolla asentaja mutteria aukaisee? 5. Korjaamokäsikirjassa on ohje, että sylinterinkannen ruuvien kiristysmomentti on 60 Nm. a) Kuinka suurella voimalla asentajan täytyy vetää momenttiavaimesta, kun avaimen pituus on 280 mm? b) Kuinka suuren massan nostaminen vaatii saman verran voimaa? 17
6. Laske mopoa eteenpäin työntävä voima, jos vetävältä pyörältä mitattu vääntömomentti on 300 Nm. Pyörän halkaisija on 50 cm. 7. Autonosturin nostomomentiksi on annettu 74 knm. a) Kuinka suuri massa saadaan nostaa 4 m etäisyydellä? b) Kuinka lähelle pitää ajaa, jotta voidaan nostaa 1500 kg kappaleen? 8. Saksien varren pituus on 15 cm ja terän pituus on 5 cm. Jos Olli puristaa saksia 45 N voimalla, kuinka suuri voima leikkaamisessa saadaan aikaan? 9. Laske, kuinka pitkä on etäisyyden x oltava, että systeemi on tasapainossa. 10. Miten ajoneuvoja koottaessa ja lastattaessa huomioidaan tasapaino ja painopiste? 18
7. Energia ENERGIA Energian säilymislaki Energia ei voi hävitä, eikä sitä voida luoda tyhjästä, mutta se voidaan muuttaa eri muotoihin. Poltoaineen energia muuttuu auton - ja energiaksi energia muuttuu energiaksi ja energiaksi. 19
Esimerkki 1. Esimerkki 2. Polkupyöräilijän massa pyörineen on 80 kg. Nopeus 12 km/h. Kuinka suuri on Polkupyöräilijän liike-energia? 12km/h = 3,33 m/s E k = mv2 2 Vastaus: 444 J = 80 kg (3,33m s )2 2 = 444 J Laske suksiboksin potentiaalienergia, kun sen massa tavaroineen 60 kg ja sen on 1,7 m korkeudella. E p = mgh = 60 kg 9,8 m/s 2 1,7m = 1000 J Vastaus: 1000 J Esmerkki 3. Lasketaan heilurin nopeus alakohdassa. Nostetaan se kohtaan 2 ja päästetään. Kohdassa 2 heilurin liike-energia on 0, koska V=0. lasketaan E p =mgh. Kohdassa 4 sen asemaenergia on 0 (koska korkeus h=0) ja kohdasta 2 muutuu kokonaan liike-energiaksi. h= 10 cm Asemaenergia V= 0 asemaenergia E p =mgh E p =E k mgh=1/2 mv 2 ratkaistaan tästä V: mgh=1/2 mv 2 ǀǀ 2 h= 0 E p =E k mgh=1/2 mv 2 2mgh = mv 2 ǀǀ:m 2gh = V 2 ǀǀ V = 2gh sijoitetaan arvot: V = 2 9,8 0,1 = 1,4 m s 20
Laskutehtävät: 1. Laske auton (1000 kg) liike-energia, kun se 100 km/h ajaa nopeudella. 2. Laske saman auton potentiaalienergia 30 metrin korkean mäen päällä. 3. Laske liike-energiasi, jos ajat mopolla nopeudella 36 km/h. 4. Laske oma potentiaalienergia, kun nouset 2. kerrokseen. 5. Mikä on kappaleen massa, jos sillä 72 km/h nopeudessa on 300 kj:n liike-energia? 6. Mikä on kappaleen massa, jos sillä 5 m korkeudella on 7 kj potentiaalienergia? 7. Laske putoamiskiihtyvyys Kuussa, jos heiluri alimmassa kohdassa sai nopeuden 2,1 km/h, kun se siirrettiin 10 cm korkeudelle. 8. Vertaa kaksi energiaa a) Auto 950 kg kulkee 50 km/h nopeudella ja törmää seinään b) Auto 950 kg putoaa 10 m korkeasta talosta 21
8.Työ fysiikassa Työ on tarkoittaa fysiikassa hieman eri asiaa kuin arkikielessä. Esimerkiksi kuvan työntekijä ei tee fyysikon näkökulmasta työtä, vaikka hän kannattelee raskasta lankkua paikoillaan. Työn määrittelyn perustana on voima ja matka.. Työ=voima vaikutusmatka W= F S Työn yksikkö on joule (J) Nostotyö W = G h = mgh (Huom: sama kaava kuin asema-energiaa) Huomaa, että työn yksikkö on sama kuin energian yksikkö. Energia onkin kyky tehdä työtä Esimerkki 1 Nostat 10 kg laukun 1,2 m korkealle pöydälle. Nyt F = mg = 10 kg 9,8 m/s 2 = 98 N ja matka (s) on pöydän korkeus (h) = 1,2 m. Maa vetää laukkua 98 N voimalla, siksi laukkua on nostettava ylöspäin vähintään yhtä suurella voimalla. Työ on siten W = Fs = 98 N 1,2 m = 118 J Esimerkki 2 Olettakaamme, että edellisessä esimerkissä laukku on aluksi 2 m päässä pöydästä. Tässäkin tapauksessa työ on sama, koska nostovoima on ylöspäin ja matka lasketaan samaan suuntaan. Vain korkeudella on merkitystä. Vaakasuorassa suunnassa vaikuttaa vain pieni ilman vastus, kun liikumme, mutta sen voimme sivuttaa. Laukun kantaminen vaakasuorassa suunnassa ei merkitse työn tekoa, koska siihen suuntaan ei ole voimaa. 22
Laskutehtäviä 1. Avaruusalus kulkee miljoona kilometriä moottorit sammutettuna eli työntövoima on = 0. Kuinka suuri on työ? 2. Opiskelija istuu paikallaan ja lukee. Tekeekö hän työtä? 3. Opiskelijan massa on 63 kg. Hän ponnistaa itsensä ylös rekkitangolla 40 cm. Kuinka suuri on nostoon tehty työ? 4. Auto kulkee tasaisella nopeudella vaakasuoralla tiellä. Tapahtuuko siinä työn tekoa, mikä tai mitkä voimat tekevät työtä? 5. Kuinka suuren työn tekee nosturi, kun nostaa 950 kg auton 1.7 m korkeudelle? 23
9.Teho (P) Teho kuvaa työn tekemiseen tehokkuutta, eli kuinka nopeasti työ tehdään. Teho = työ aika, eli = W t Tehon yksikkö on W, watti. Esim. Nosturi A nostaa 1 tonnin kappaleen 10 metrin korkeudelle 30 sekunnissa, nosturi B nostaa saman kappaleen samalle korkeudelle 50 sekunnissa. Kumpi on tehokkaampi? Laske molempien nosturin tehot. Ratkaisu: Molempien nostureiden tekemä työ on sama: W = mgh = 1000 kg 9,8 m/s 2 10 m = 98 000 J Nosturin A teho P A = W t 98000 J = 30 s 3200 W Nosturin B teho P B = W t 98000 J = 50 s 1960 W Vastaus: Nosturi A on tehokkaampi, sen teho on 3200 W, nosturin B teho on 1960 W. Automainoksissa käytetään usein tehon yksikkönä hevosvoimia 1 hv= 735,5 W Esim. Mercedes-Benz F700 238 hv = 238 0,7355 kw= 175 kw 24
Laskutehtävät: 1. Muunna autojen tehot watteiksi tak kilowatteiksi Lamborgini Aventador LP1600-4 Mansory Carbonado GT Tesla Model S P8 1600 hv = 416 hv= 140 hv= 2. Laske nosturien teho, jos se nostaa 800 kg 8 m korkeuteen kuuluu a) 40 s? Fiat 500X 1,4 Multiair Popstar b) 1 min 15 s? 3. Laske tehosi seuraavissa tapauksissa a) Työnnät autoa liikkeelle 600 N voimalla. Auto ei liiku. b) Nouset toiselle kerrokselle 10 sekunnissa.(1 kerros on 4 m) c) Laitat asiakkaan auton renkaat takakonttiin. (Kirjoita ensin arvot, sitten laske teho korkeus h= renkaan massa m= aika t = teho P = 25
10.Hyötysuhde Laitteet, kuten esimerkiksi moottorit tarvitsevat energiaa toimiakseen. Polttoaineen kemiallisesta energiasta osa muuttuu lämmöksi, eikä sitä saada hyötykäyttöön. Laitteen hyötysuhteella kuvataan sitä, kuinka paljon käytetystä energiasta saadaan hyödylliseen muotoon, esim. liike- tai potentiaalienergiaksi. Hyötysuhde = hyödyksi saatu energia tai teho käytetty energia tai teho Hyötysuhde ilmoitetaan desimaalilukuna tai prosentteina. Hyötysuhde ei voi olla 1 (100%) suurempi, silloin energiaa saataisiin enemmän kuin sitä kuluu. Hyötysuhteen tunnus on η (kreikkalainen aakkonen eeta) η = E anto E otto 100 % tai η = P anto P otto 100 % E anto koneen antama energia E otto koneen ottama energia P anto koneen antama teho P otto koneen ottama teho Esimerkkejä hyötysuhteista sähkölämmityspatteri 100 % sähkömoottori 90 % polttomoottori 90 % hehkulamppu 7 % Esim.1 Kuinka suuri on nosturin nostoteho, jos nosturia käyttävän sähkömoottorin ottoteho on 8 kw ja nosturin hyötysuhde on 70 %? η = P anto 100 % => P P anto = η P otto otto 100 % = 70 % 8 kw 100 % = 5,6 kw Esim 2. Kuinka suuri on hyötysuhde, jos kone ottaa energia 3000 J ja antaa 2,5 kj? Huom: 2,5 kj= 2500 J η = E anto E otto 100 % = 2500 J 3000 J 100 % = 83 % 26
Laskutehtävät 1. Kuinka suuri on hyötysuhde, jos kone ottaa tehoa 1300 W. ja antoteho on a) 1200 W η = P anto P otto 100 % = b) 400 W c) 1 kw? 2. Anna vastaus watteina. Kuinka suuri on ottoteho, jos hyötysuhde on 30 % ja antoteho on a) 175 kw b) 280 hv c) 1600 hv? 3. Auton ominaisuudessa mainitaan teho. Onko tämä teho antoteho vai ottoteho? 4. Anna vastaus kilowatteina. Laske antoteho, jos hyötysuhde on 60 % ja ottoteho on a) 100 W b) 100 kw c) 100 hv 27
11. OLOMUODON MUUTOKSET kiinteä: Olomuodossa aineen rakenneosasten välillä on eniten sidoksia. Rakenneosaset eivät pääse liikkumaan toistensa lomitse. neste: Olomuodossa aineen rakenneosasten välillä on sidoksia, mutta rakenneosaset pääsevät liikkumaan toistensa lomitse. kaasu: Olomuodossa aineen rakenneosasten välillä ei ole sidoksia. Rakenneosaset pääsevät liikkumaan vapaasti toistensa lomitse. Höyrystys vaatii huomattavasti enemmän energiaa kuin sulatus. Sulamis- ja kiehumispisteissä aineen lämpötila ei muutu. Kaikki energia kuluu olomuodonmuutokseen. Aine Sulamislämpö (kj/kg) Höyrystymislämpö (kj/kg) Alumiini 397 10 900 Elohopea 11,7 296 Etanoli 102 841 Hiilidioksidi 189 573 Hopea 105 2 162 Kulta 64 1 650 Aine Sulamislämpö (kj/kg) Höyrystymislämpö (kj/kg) Kupari 205 4 750 Lyijy 24,7 930 Nikkeli 310 6 470 Rauta 276 6 800 Sinkki 117 1 760 Vesi 333 2260 28
Tehtävä. 1. Missä olomuodossa aine on normaalin ilmakehän paineessa? Vastaa joko kiinteä, neste tai kaasu. Voit katsoa apua taulukosta a) vesi -5 C b) etanoli -113 C c) ) rauta 1538 C d) hopea 110 C e) kupari 2400 C f) kupari 2400 C Aine Sulamispiste ( C) Kiehumispiste ( C) Alumiini 660 2 519 Butaani -135 1 Elohopea -38,9 356,7 Etanoli -117,3 78,5 Hiilidioksidi -78,5-78,5 Hopea 962 2162 Kloori -101-34,6 Kromi 1857 2670 Kulta 1063 2856 Kupari 1083 2570 Lyijy 328 1740 Metaani -184-167 Nikkeli 1455 2730 Platina 1770 3830 Rauta 1535 2750 Sinkki 419 907 Tina 232 2270 (valkoinen) Vesi 0 100 Jos puhtaaseen aineeseen sekoitetaan muuta ainetta, sulamis- ja kiehumispisteet muuttuvat. 2. Vastaa kysymyksiin: a) Mitkä auton aineista ovat tavallisesti kiinteässä muodossa (mainitse 3)? b) Mitkä auton aineista ovat tavallisesti nestemäisessä muodossa (mainitse 3)? c) Mitkä auton aineista ovat tavallisesti kaasumuodossa (mainitse 2)? d) Mitä olomuodonmuutosta käytetään hyväksi hitsauksessa? e) Miksi ei voi hitsata kääntövartta, akselia ja tukivartta? 3. Ota valokuvat ja kirjoita lyhyt esitys kolmelle erilaiselle lämpöilmiölle autotai/ja logistiikan alalta. Esim. Suomessa levitetään jäisille teille suolaa. Tällöin jää sulaa jo pakkasella. 29
Suure Tunnus yksikön tunnus yksikkö Kaavat Muistikolmio matka S m metri massa m kg kilogramma aika t s sekunti lämpötila T ⁰C celsiusaste sähkövirta I A ampeeri ainemäärä n mol mooli valovoima cd kandela nopeus kiihtyvyys voima painovoima voimanmomentti liike-energia asemaenergia työ teho hyötysuhde V m s metri per sekunti V = S t Perusyksiköt