Darbs un enerģija

Eiropas sociālā fonda darbības programmas „Cilvēkresursi un nodarbinātība” papildinājuma 1.2.1.2.2. apakšaktivitātes „Atbalsts vispārējās izglītības pedagogu nodrošināšanai prioritārajos mācību priekšmetos”.

Vienošanās Nr. 2008/0001/1DP/2.1.2.2./08/IPIA/VIAA/002

Kas ir enerģija?

Enerģija ir fizikāls lielums, kas raksturo ķermeņa stāvokli, un tās izmaiņa ir vienāda ar veikto darbu.

A – veiktais darbs; F – spēks, kas veic darbu; s – veiktais pārvietojums;   α – leņķis.

 1. att. Spēks ar kustības virzienu veido leņķi α.

2. att. Spēka veiktais darbs ir atkarīgs no leņķa α.Ja α < 90°, tad A > 0Ja α > 90°, tad A < 0Ja α = 90°, tad A = 0

Spēka veikto darbu var ērti aprēķināt izmantojot grafisko paņēmienu. Uz vertikālās ass atliek spēku F, bet uz horizontālas ass pārvietojumu s. Spēka veiktais darbs skaitliski ir vienāds ar laukumu, kuru ierobežo spēka grafiks, spēka un pārvietojuma asis un palīgtaisne.

3. att. Grafiskais paņēmiens darba A noteikšanai,ja spēks F ir nemainīgs.

4. att. Grafiskais paņēmiens darba A noteikšanai,ja spēks F mainās vienmērīgi.

Kinētiskā enerģija

Enerģiju, kas piemīt ķermenim tā kustības dēļ, sauc par kinētisko enerģiju. Ķermenim, kura masa m un kas pārvietojas ar ātrumu v, kinētisko enerģiju aprēķina, izmantojot formulu:

Kinētiskās enerģijas SI mērvienība ir džouls: 1 kg · m2/s2 = 1 N · m= 1 J. Spēja veikt darbu piemīt arī kustībā esošiem ķermeņiem.

Kinētiskā enerģija:Ek=mv2/2

Deformācijā uzkrātā potenciālā enerģija

Deformēta atspere spēj veikt darbu. Saspiestai atsperei izstiepjoties, t.i., tās brīvajam galam pārvietojoties, tiek veikts darbs. Atsperei veicot darbu, tās stāvoklis mainās tāpēc, ka mainās atsperes vijumu savstarpējais izvietojums.

• Elastīgi deformētas atsperes potenciāla enerģija ,kur Ep– elastīgi deformētas atsperes potenciālā enerģija;

• k – elastības koeficients (stinguma koeficients);• Δx – pagarinājums (saīsinājums).• Šāda potenciālā enerģija ir ne tikai atsperēm, bet visiem elastīgi

deformētiem ķermeņiem.

Elastīgi deformētas

atsperes potenciāla enerģija.

Potenciālās enerģijas SI mērvienība ir džouls: 1 kg · m2/s2 = 1 N · m= 1 J.Ja ķermenim, kurš pacelts noteiktā augstumā

virs zemes, ļauj pārvietoties lejup, tad smaguma spēks veic darbu un reizē ar to mainās ķermeņa stāvoklis attiecībā pret zemi.

Lai noteiktu ķermeņa pacelšanās augstumu, ir jāpieņem nulles līmenis. Piemēram, par nulles līmeni var izraudzīties zemes virsmu.

Virs Zemes pacelta ķermeņa potenciālā enerģija

• Virs Zemes pacelta ķermeņa potenciālā enerģija ir atkarīga no ķermeņa pacelšanās augstuma.

• To aprēķina šādi: , kur m – ķermeņa masa;• g – brīvās krišanas

paātrinājums;• h – pacelšanās

augstums. Potenciālās enerģijas atkarībaķerneņa atrašanās augstuma.

Pilnā mehāniskā enerģija

Sistēmas kinētiskās enerģijas un potenciālas enerģijas summu sauc par sistēmas pilno mehānisko enerģiju.

Noslēgtā ķermeņu sistēmā (nepastāv mijiedarbība ar citiem ķermeņiem) pilnā mehāniskā enerģija ir nemainīgs lielums: E = Ep + Ek = const. Tas nozīmē, ka, samazinoties ķermeņa potenciālajai enerģijai, pieaug kustības ātrums un kinētiskā enerģija, vai arī pretēji: samazinoties ātrumam un kinētiskajai enerģijai, pieaug potenciālā enerģija.

1. uzdevums

Latvijā lielākais vēja ātrums tika reģistrēts 2005. gada janvārī, kad vētrā tas sasniedza 40 m/s. Aprēķini, cik liela bija 1,0 km3 gaisa kinētiskā enerģija vētrā, ja gaisa blīvums ir 1,3 kg/m3!

2. uzdevums

Zviedrijā augstākā virsotne ir Kebnekaise, kuras augstums 2114 m virs jūras līmeņa. Latvijā augstākā virsotne ir Gaiziņš. Tā augstums ir 311 m virs jūras līmeņa. Tūrista masa ir 85 kg.a)  Aprēķini tūrista potenciālo enerģiju Kebnekaises virsotnē!b) Cik reižu lielāka ir tūrista potenciālā enerģija, atrodoties Kebnekaises virsotnē, salīdzinājumā ar Gaiziņa virsotni? Brīvās krišanas paātrinājums ir 10 m/s2.

Darbs

Kas ir darbs?

Fizikā, darbs ir enerģijas pārmaiņas dažādu spēku ietekmē. Līdzīgi kā enerģija, tas ir skalārs lielums, SI sistēmā to mēra džoulos. Terminu darbs prmo reizi minēja Franču matemātiķis Kaspars-Gustavs Kariols 1830. gadā.

Lai paveiktu darbu, ķermenim nepieciešama enerģija. Veiktais darbs ir vienāds ar enerģijas izmaiņu. Darbu mēra enerģijas mērvienībās – džoulos. 1 J = 1 N · 1 m. Patērējot vienu džoulu lielu enerģiju, vienu ņūtonu liels spēks spēj pārvietot ķermeni viena metra attālumā.

Darbs, ko veic nemainīgs spēks, ir vienāds ar spēka, pārvietojuma moduļa un leņķa (kuru veido spēka un pārvietojuma vektori) kosinusa reizinājumu:

A = F · s · cosa, kur A – veiktais darbs; F – spēks, kas veic darbu; s –

veiktais pārvietojums;   α – leņķis.

Balstoties uz darba-enerģijas teoriju, ja ārējais lauks iedarbojas uz kādu objektu kinētiskā enerģija mainās no Ek1 uz Ek2, līdz ar to darbs (W) ir:

kur m ir objekta masa un v ir objekta ātrums.Darba pielietojumu uz kādu objektu var

aprēķināt sareizinot pielietoto spēku (F) un objekta veikto pārvietojumu (d). Formula:

1. uzdevums

Gaisa temperatūra četrtaktu dzinēja cilindrā trešajā taktī pirms izplešanās ir 2000 °C. Adiabātiski izplešoties, degmaisījums atdziest līdz 100 °C. Degmaisījuma vielas daudzums cilindrā ir 2,7 · 10-2 mol. Cik lielu darbu veic degmaisījums trešā gājiena laikā?

2. uzdevums

Gāzes pāreju no stāvokļa M stāvoklī N  realizēja ar dažādiem paņēmieniem, ko attēlo grafiki 1, 2, 3 un 4. Kurā no gadījumiem gāzes darbs ir maksimāls?

3. uzdevums

Dzinējs, kura lietderības koeficients ir 50 % un  jauda un 10 kW, tiek darbināts ar dīzeļdegvielu. Cik ilgi strādās dzinējs, ja degvielas tvertnē ir atlikuši 800 g dīzeļdegvielas?

KINĒTISKĀ ENERĢIJA

POTENCIĀLĀ ENERĢIJA

1.Nostieptā aukla veidojas potenciālo enerģiju.

2. Īstā auklas pozīcija

3. Potenciālās enerģijas sasniegšana.

1.

2.

3.

Elektriskā potenciālā enerģija

DARBS

Paldies par uzmanību!

Antra Hagure 11.b