My *nix world

Energibegreppet,arbete,friktion,luftmotstånd

Energibegreppet

Energi finns i många former:

  • högvärdig
    • mekanisk (lägesenregi, rörelseenergi)
    • elektrisk
  • lågvärdig
    • termisk
    • atomenergi

Energiprincipen

Den grekisken filosofen Anaxagoras skrev i 500 f.Kr. att:

Nothing arises nor perishes, but already things are combined and then separate again.

Energi kan varken skapas eller försvinna. Energi kan bara omvandlas eller överföras.

Arbete när kraft och väg är lika riktade

När en kraft verkar på ett föremål som rör sig i kraftriktiningen, utför kraften ett arbete på föremålet som är lika med kraften multiplicerad med vägen:

Arbete=kraft * väg, eller W=F*s

Enheten för arbete är newtonmeter som är ekivalent med enheten joule, där

J  =\frac{kg*m^2}{s^2} = N*m

Arbete generellt

När en konstant kraft F verkar på ett föremål som rör sig, utför kraften ett arbete som är lika med kraften multiplicerad med vägen s multiplicerad med cosinus för vinkeln Φ mellan kraften och vägen,

W=F*s*cosΦ

Notera: arbete betyder förändringen i energi. Om ett föremål har den samma totala energi förr och efter en visst verk, det betyder att där finns inget arbete gjort.

Ex: du bär en 100N tyngd ryggsäck 150m längs en (helt) horisontell väg. Eftersom ryggsäcken har den samma totala energi (W=Wp+Wk där Wp=100N*höjd>0, Wk=0) förr och efter din rörelse, utför du ett arbete på ryggsäck som är lika med noll joule.

Om vägen är inte helt horisontell men i stället måste du uppstiga 1 meter mer än det som var i början, då kommer ryggsäcken att öka sin potentiell energi med 100J (Wp=100N*1m=100J). Dvs. det finns en energi förändring inom ryggsäcken totala energi. Varifrån kommer den där extra-energi? Du är den som utför ett arbete så att ryggsäcken är nu 1m högre än det som var innan, dvs. du utför ett arbete på ryggsäck som är lika med förändringen i sin totala energi.

Dessutom, försvinner inte denna energi från det hela systemet/världen/universum, du endast överförar denna från dig till din ryggsäcken. Så enkelt är det!

Effekt

Effekt defineras som arbete dividerat med tid:

Effekt= \frac{arbete}{tid} eller P= \frac{W}{t}

Effekten säger oss hur snabbt arbetet blir gjort. Enheten för effekt är watt, W. En watt är lika med en joule per sekund:

 1W=1\frac{J}{s}

En annan gammal enhet för effekt är hästkraft (hk). En hästkraft är effekten när en häst drar upp en massa m=75kg med hastighet v=1 \frac{m}{s}:

 P=\frac{W}{t}=\frac{F*s}{t}=\frac{m*g*s}{t}\Rightarrow 1hk=\frac{75*9,8*1}{1}=735W

Kinetisk energi

Ett föremål som rör sig har en kinetisk/rörelse energi som är lika med det arbete som behövs för att sätta föremålet i rörelse.

Ett föremål med massan m och hastigheten v har den kinetiska energin Wk:

 W_{k}=\frac{1}{2}mv^2

Potentiell energi

Ett föremål med massan m som är på en höjd h över en fritt vald nollnivå, har en potentiell/lägesenergi energi Wp som är:

Wp=mgh, där g=tyngdaccelerationen på platsen.

Mekanisk energi

Summan av kinetisk och potentiell energi kallas mekanisk energi:

W=Wk+Wp

Verkningsgrad

Effektiviteten hos en maskin kan uttrykas som en kvot mellan den nyttiga och den tillförda energin. Denna effektivitet kallas verkningsgrad (η):

η= \frac{W_{nyttig}}{W_{tillfddot{o}rd}}

Friktion

Friktionens riktning

När ett föremål glider på ett underlag, verkar friktionen bakåt i en riktning motsatt rörelseriktningen.

Glidfriktion

Fμ är friktionskraften på ett föremål som glider mot underlaget. Friktionstalet μ är då lika med förhållandet mellan friktionskraften Fμ och normalkraften FN från underlaget,

μ= \frac{F_{\mu}}{F_N} , dvs. friktionskraften Fμ=μ*FN

Vilofriktion

Vilofriktion är friktionskraften på ett föremål i vila.

Friktionsarbete

Glidfriktionen verkar alltid mot rörelsen och utför ett arbete på föremålet,

Wμ=Fμ*s

Friktionsarbete leder alltid till att mekanisk energi omvandlas till andra energiformer. Detta leder till att den mekaniska energi minskar.

Luftmotstånd

Luftmotståndet Fluft är ungefär:

Fluft=kv2, där k är en konstant.

Om du tror att det artikel har hjälpt dig då, snälla du, gradera den här med en till fem stjärnor så att jag ska veta att du bryr om vad jag skriver.

 
The following two tabs change content below.
Energibegreppet,arbete,friktion,luftmotstånd

Eugen Mihailescu

Founder/programmer/one-man-show at Cubique Software
Always looking to learn more about *nix world, about the fundamental concepts of math, physics, electronics. I am also passionate about programming, database and systems administration. 16+ yrs experience in software development, designing enterprise systems, IT support and troubleshooting.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

Follow

Get every new post on this blog delivered to your Inbox.

Join other followers: