Töö, võimsus, energia.
Konspekt 10. klassile
Tarmo Vana
VKG
Veebruar 2012
Konspekti koostamisel on kasutatud Indrek
Peili abistavat konspekti 10. klassile
Füüsikalise looduskäsitluse alused.
Mehaaniline töö kui protsess
Füüsika uurib looduses eksisteerivaid objekte
(ainelised ning väljalised) ja seda, mis nendega
toimub.
Selle juures eristatakse kahte mõistet
— seisund ja protsess.
Seisund ehk olek iseloomustab objekti või
mitmest objektist koosnevat süsteemi ühel
kindlal ajahetkel.
Seisund on näiteks raamatu lebamine laual,
auto liikumine mingi kindla kiirusega, gaasi
olemine konkreetsel rõhul ja temperatuuril.
Kui aga seisund muutub, on tegemist
protsessiga.
Protsessiks nimetatakse üleminekut ühest
seisundist teise.
Kui seisund on seotud kindla ajahetkega,
siis protsess toimub mingi ajavahemiku
kestel.
Kui keha liigub, siis me saame rääkida tema
liikumisolekust, mida iseloomustab liikumise
suund ning kiirus.
Kui aga liikuvale kehale mõjuvad teised kehad,
siis vastastikmõju tagajärjel liikumisolek muutub.
Vastastikmõju võib muuta nii liikumissuunda,
liikumiskiirust kui ka keha kuju (kujumuutus on
samuti liikumine).
Liikumise muutumine vastastikmõju tagajärjel
on protsess.
Antud juhul toimuvat protsessi
nimetatakse mehaaniliseks tööks.
Tööks nimetatakse protsessi, kus keha
liigub jõu mõjul.
Tööks nimetatakse protsessi, kus keha
liigub jõu mõjul.
Füüsika mõttes tehakse tööd vaid siis, kui on
täidetud mõlemad tingimused: keha liigub ja
kehale mõjub jõud.
Kui me hoiame käes rasket kohvrit, ei tee me
vaatamata väsimisele mehaanilist tööd, kuna
liikumine puudub.
Tehtud töö hulka saab arvuliselt kirjeldada ja
mõõta.
Seega võib tööd väljendada füüsikalise
suurusena.
Kui keha liigub jõu mõjul, siis tehtav töö on
võrdeline mõjuva jõu suurusega F (seisundi
muutmiseks vajaliku pingutusega) ning
teepikkusega s (seisundi muutumise
määraga).
Tööd tähistatakse valemis tähega
A ( Arbeit — saksa k. töö).
Eeltoodu põhjal saab juhul, kui keha liigub
jõu mõjumise suunas, tööd arvutada
valemist :
A Fs
Töö mõõtühikuks on inglise füüsiku
James Joule nime järgi džaul (1 J).
Võimsus kui töö tegemise kiirus
Kui autokoormatäis ehituskive on vaja tõsta
kolmandal korrusel müüri laduvate
töömeeste juurde, tuleb teha tööd.
Kui need kivid tassib
üles üks töömees, võib
selle töö tegemine mitu
tundi aega võtta.
Kraana saab sama
tööga hakkama vaid
mõnekümne sekundiga .
Kraana on suuteline tööd kiiremini tegema.
Toodud näites võib öelda, et kraana on
töömehest suurema võimsusega.
Võimsuseks nimetatakse füüsikalist suurust, mis
iseloomustab töö tegemise kiirust.
Võimsuse tähiseks valemites on N.
Kui mingi kogus tööd A tegemiseks kulub
ajavahemik t, saab võimsust arvutada valemist
A
N t
Võimsuse mõõtühikuks on vatt (1 W).
Inimese võimsus pikemalt kestval töötamisel on
umbes 100 W, automootori võimsus 20 - 200 kW
ning lennuki Boeing 737 mootorite võimsus
koguni 35 MW.
Energia
Töö on protsess, mille käigus keha seisund ehk
olek muutub.
Samas on mõnes seisundis olev
keha võimeline tööd tegema.
Näiteks surub haamer tänu liikumisele
naela puu sisse ning väänatud vedru lükkab
ukse kinni.
Kui keha on seisundis, mis annab talle võime
tööd teha, siis öeldakse, et keha omab energiat.
Energiaks nimetatakse füüsikalist suurust,
mis iseloomustab keha võimet teha tööd.
Tööd saab teha ainult siis, kui keha omab
energiat, tööd tehakse energia arvel.
Tööd saab teha ainult siis, kui keha omab
energiat, tööd tehakse energia arvel.
Töö tegemise käigus energia muutub ja
energia muutuse suurus on võrdne tehtava töö
hulgaga .
Kuna energia on otseselt seotud tehtava tööga,
on tema mõõtühik sama, mis tööl.
Väljade tunnusteks on: *Väljad tekitatakse kehade poolt, kanduvad ruumis edasi ning mõjutavad teisi kehi. Väljad on kehade vastastikmõjude vahendajad. *Väljad on pidevad. *Väljadel pole mõõtmeid, nad võivad ulatuda lõpmata kaugele. *Väljad ei sega üksteist. Mitu välja saavad kehale mõjuda samal ajal üksteisest sõltumatult. Näiteks läbivad valguskiired üksteist segamatult, ainelised veejoad seda aga teha ei saa. *Väljad omavad energiat. Energia on suurus, mis lubab hinnata väljalise mateeria kogust. 5. *kui kehale teised kehad ei mõju või kui mõjud on tasakaalus, siis on keha kas paigal või liigub ühtlaselt ja sirgjooneliselt. Seda seadust nimetatakse Newtoni esimeseks seaduseks. *Katsetele ja ülaltoodud arutlusele tuginedes jõudis Newton järelduseni, et kui kehale mõjub jõud, siis saab ta kiirenduse, mis on võrdeline selle jõuga ning pöördvõrdeline keha massiga.Tegemist on mehaanika põhiseadusega, mis
ja paikneb keha sees (maa pöörleb ümber mõttelise telje). Võnkumine on selline perioodiline liikumine, mille korral keha liigub mööda sama trajektoori edasi-tagasi. Seega võnkumisel muutub pideval kiiruse väärtus ja suund. Lainelise liikumise korral kandub võnkliikumine edasi ühelt osakeselt teisele nende vastastikmõju tõttu. Väliselt tajume seda kuju muutusena (sile veepind hakkab kerkima ja langema, kui kivi vette visata ja lainete levimise suund näitab kuhu poole võnkumise energia kandub). Kulgemine on jäiga keha liikumine, mille korral kõikide keha punktide trajektoorid on ühe kujuga ja ühepikkused. Igasuguse keha liikumine sirgel trajektooril (sirgliikumine) on kulgemine. Kuju muutumine e. deformatsioon leiab aset siis, kui keha punktid muudavad oma vastastikust asendit. Kuju muutumise tunnuseks on see, et keha punktide vahekaugused muutuvad. 9)TEAB, ET LOODUSE KAKS OLULISELT ERINEVATE OMADUSTEGA PÕHIVORMI
• Kehale mõjub tasakaaluasendi poole suunatud jõud, mis tasakaaluasendile lähenemisel liikumist kiirendab, sellest asendist kaugenemisel aga pidurdab. Liikumise üldmudelid • Laine – võnkumise edasikandumine ruumis, võnkumise levimine ruumis (üldjuhul kaasneb energi levik). Laine puhul liigub ruumis edasi kehade või väljade kindel paigutus ehk konfiguratsioon. • Võib öelda ka, et võnkumine (seisulaine) on laine erijuht, mille korral energia levimist ruumis ei toimu. • Ka väli võib laineliselt levida. • Ühine nimetus nii võnke kui laine kohta on ostsillatsioon. Aine ja väli • Looduse põhivormid: • - aine (millest kehad koosnevad, võtavad enda alla mingi ruumi, kindlad mõõtmed, liikumine, kalduvus säilitada oma liikumisolekut e. inertsus, võime osaleda vastastikmõjudes) • - väli (ei pruugi olla kindlaid mõõtmeid, vahendab kehade vastastikmõju ning vastastikmõju levib lõpliku
Küll võib ühes ruumipunktis olla samaaegselt mitmeid välju. 2) Osakestel on kindlad mõõtmed, väljadel ei ole. 9.Mida kirjeldab jõud? Jõud iseloomustab vastastikmõju tugevust või ägedust. 10.Töö kui selle füüsikaline protsess ja selle mõõtmine. Töö on füüsikaline suurus, mis kirjeldab protsessi – keha või kehade süsteemi üleminekut ühest olekust teise. Töö mõõtühikuks džaul (1 J). Üks džaul (1 J) on töö, mille teeb jõud üks njuuton, kui mingi keha liigub selle jõu mõjul ühe meetri võrra. 11.Kineetiline ja potentsiaalne energia. Sarnasused ja erinevused. Too näiteid potentsiaalse energia üleminekust kineetiliseks ja vastupidi. Kehade liikumisoleku energiat nimetatakse kineetiliseks energiaks. Kineetilist energiat omavad näiteks sõitev auto, lendav püssikuul ja pöörlev hooratas. Kõikidel liikuvatel kehadel on kineetiline energia.
Newtoni 2.seadus- kui kehale mõjub jõud, siis saab ta kiirenduse, mis on võrdeline selle jõuga ning pöördvõrdeline keha massiga Kiirendus- liikumisoleku muutumise kiirust iseloomustavat suurust nimetatakse kiirenduseks Delta V/t Jõud- jõud on vastastikmõju tugevuse mõõt Newtoni 3.seadus- mõjutavad kaks keha teineteist vastastikku alati võrdsete vastassuunaliste jõududega. Mehhaaniline töö Liikumise muutumine vastastikmõju tagajärjel. Nt kelgu tõmbamine A = F·s Võimsus- töö tegemise kiirus. Võimsuse mõõtühikuks on vatt (1 W) Energia- füüsikalist suurust, mis iseloomustab keha võimet teha tööd. Energia mõõtühik on dzaul (1 J). Liikumisenergiat nimetatakse kineetiliseks energiaks. Sõitev auto Vastastikmõju energiat nimetatakse potentsiaalseks energiaks. Tõukuvad magnetid
Inserts- Nähtust, kus kehad püüavad oma liikumisolekut säilitada, nimetatakse inertsiks. Newtoni 2.seadus- kui kehale mõjub jõud, siis saab ta kiirenduse, mis on võrdeline selle jõuga ning pöördvõrdeline keha massiga Kiirendus- liikumisoleku muutumise kiirust iseloomustavat suurust nimetatakse kiirenduseks Delta V/t Jõud- jõud on vastastikmõju tugevuse mõõt Newtoni 3.seadus- mõjutavad kaks keha teineteist vastastikku alati võrdsete vastassuunaliste jõududega. Mehhaaniline töö Liikumise muutumine vastastikmõju tagajärjel. Nt kelgu tõmbamine A = F·s Võimsus- töö tegemise kiirus. Võimsuse mõõtühikuks on vatt (1 W) Energia- füüsikalist suurust, mis iseloomustab keha võimet teha tööd. Energia mõõtühik on dzaul(1J). Liikumisenergiat nimetatakse kineetiliseks energiaks. Sõitev auto Vastastikmõju energiat nimetatakse potentsiaalseks energiaks. Tõukuvad magnetid Fatalistlik ja juhuslik põhjuslik seos - Kui mingi sündmus saab
• Too näiteid elastsusjõu kasutamisest. • Millisel põrkel, kas elastsel või plastsel, mõjutab pall põrandat tugevamalt? • Millise suurusega elastsusjõud tekib vedrus jäikusega 20 N/m, kui see suruda kokku 4 cm võrra? • Kummipael pikeneb 100 g massiga koormuse otsariputamisel 15 cm võrra. Kui suur on paela jäikus? • Kui vedru venitada jõuga 10 N, siis pikeneb see 5 cm. Kui suur on sama vedru pikenemine venitamisel jõuga 15 N? Töö ja energia, Mehaaniline töö • Tööks nimetatakse keha või kehade süsteemi mehaanilise oleku muutmise protsessi kirjeldavat suurust. • Kuna oleku muutust põhjustab vastastikmõju, siis sõltub ka tehtava töö hulk vastastikmõju tugevusest ehk kehale mõjuvast jõust. Seejuures läheb arvesse vaid jõu liikumise sihiline komponent. Veel oleneb tehtav töö läbitud teepikkusest s. Kui töö tähiseks võtta A (sks arbeit 'töö'), saame ülaltoodut arvestades töö definitsioonivalemiks
Füüsikasse tuli töö mõiste koos masinate ja mehhanismide loomisega s.o. möödunud sajandil. Mehhaanilist tööd tehakse siis, kui kehale mõjub jõud ja keha selle jõu mõjul ka liigub. Paigalseisvale kehale mõjuv raskusjõud tööd ei tee. Liikumisega risti mõjuv jõud seda liikumist ei mõjuta ja tööd ei tee (Maa külgetõmme laeva liikumisele). Tööd teeb vaid see osa jõust, mis on liikumise sihiline. Töö (A) on võrdne kehale mõjuva jõu (F) ja selle jõul läbitud teepikkuse (I) korrutisena. Sirgjoonelisel liikumisel, kus liikumissuund ei muutu, on teepikkus võrdne nihke pikkusega (s). Kui jõud ei mõju liikumise suunas, vaid mingi nurga all, on tema liikumise sihiline komponent F cos . Kui liikumine toimub jõuga samasuunaliselt või kui liikumissuuna ja jõu vaheline nurk on alla 90° on töö positiivne (atra vedav hobune), vastupidisel juhul aga negatiivne (raskusjõud).
Kõik kommentaarid