Munka, energia teljesítmény, hatásfok összefoglalás

Munka: Fizikai értelemben akkor történik munkavégzés, ha az erõ hatására valamilyen test elmozdul, az ererõ irányába. Annál nagyobb a munka, minél nagyobb az elmozdulás, és minél nagyobb az elmozdító ererõ. A munka az ererõ és az ererõ irányába eserõ elmozdulás szorzata. Jele: W. Mértékegysége: J (Joule – olvasd „zsúl”). Típusa: skalár. W=Fxs. (vektorok skalárszorzata). 1J=1N*1m=1kg*m2/s2.
Ha egy testre állandó F ererõ hat, amely s elmozdulást eredményez, akkor az F-s grafikonon a téglalap alakú terület a munka.
Ha egy testre változó F ererõ hat, különbözerõ s1, s2, … utakon, akkor a teljes útszakaszon végzett munka egyenlerõ az egyes útszakaszokon végzett W1, W2, … munkák összegével. Wö=W1+W2+…=F1*s1+F2*s2+…
Azaz az F-s grafikon megfelelõ rajza alatti terület nagysága egyenlõ a munka nagyságával.
MUNKAFAJTÁK:
1. Emelési munka: m tömegû test h magasságra történerõ emelésekor végzett munka: Wemel = m*g*h = G*h.
2. Gyorsítási munka: m tömegû testet egyenletesen gyorsuló mozgással v sebességre gyorsító munka:

3. Súrlódási ererõ ellenében végzett munka: Ws=Fs*s=μ*FN*s=μ*m*g*s.
4. Rugó megnyúlásakor végzett munka:



Energia: kölcsönhatás során megváltozik a kölcsönható testek állapota. Energiának a testek állapotváltoztató képességét nevezzük. Jele: E. Mértékegysége. J. Típusa. skalár.

ENERGIAFAJTÁK:
1. Mozgási energia: (más néven kinetikus energia) minél nagyobb a test tömege és minél nagyobb egy test sebessége, a mozgási energia is annál nagyobb.

2. Helyzeti energia: Gravitációs mezerõben leverõ testek energiája. Minél magasabban van egy test annál nagyobb a helyzeti energiája. Eh = m*g*h.
3. Rugalmas energia: A rugó megfeszítettségéberõl származó energia. Függ a rugó típusától és megfeszítettségéterõl (kitéréséterõl).



Energia megmaradás törvénye: Energia nem veszhet el, csak átalakul egyik fajtából a másikba. Két test kölcsönhatása során az egyik test energiája ugyanannyival csökken a mennyivel a másik test energiája nerõ. A befektetett (összes) energia egyenlerõ a hasznos és a nem hasznos energiák összegével.
Munkatétel: Egy pontszerũ test mozgási energiájának megváltozása megegyezik a testre ható ererõk munkáinak összegével, vagyis az összes munkával. ΔEmozg = Wö. Ha a testre ható ererõk összes munkája nulla, akkor a mozgási energia nem változik meg, vagyis a mozgási energia állandó.
Teljesítmény: A munkavégzés vagy más energiaváltozás „gyorsasága”, azaz a munka és az iderõ hányadosa. Jele: P. Mértékegysége: W (watt). Típusa skalár.

Hatásfok: Kölcsönhatások során a bekövetkezerõ állapotváltozások egy része számunkra felesleges. (Pl. csiszolunk egy fadarabot a smirgli felmelegszik.) Ezért az mondjuk, hogy az összes munka egyenlerõ a hasznos munka és a nem hasznos munka összegével. A munkavégzés annál hatékonyabb, minél kevesebb a nem hasznos munka. A munkavégzés hatékonyságát a hatásfokkal mérjük. Hatásfok a hasznos munka és a nem hasznos munka hányadosa. Jele: η (olvasd: éta). Mértékegysége nincs (vagy százalékban adjuk meg). Típusa skalár.

Feladatok a témakörhöz

  1. 800 N súlyú testet 25 méter magasra emelünk egyenletesen. Mekkora az emelõ erõ munkája? Mekkora az emelõerõ teljesítménye, ha az emelés idõtartama 25 másodperc? (DRS 4.1, 4.4)
  2. Mekkora sebességet ér el a nyugalmi helyzetbõl induló 3 kg tömegû test 4 Joule munka árán? (DRS 4.4.2)
  3. Mekkora munkavégzéssel jár egy 4 kg tömegû test felgyorsítása vízszintes talajon 3 m/s sebességre 2méter úton, ha a talaj és a test közötti súrlódási együttható 0,3? (DRS 4.9)
  4. Rugós erõmérõt 10 cm-rel kihúztunk. Mekkora munkát végeztünk a megnyújtáskor, ha a mutató 50 N nagyságú erõt jelez? (DRS 4.11)
  5. Az 5 kg tömegû testet kötél segítségével 100 N erõvel 2 m-es úton húzzuk függõlegesen felfelé. Mennyi munkát végeztünk, és mennyivel változott meg a test helyzeti energiája? (DRS 4.13)
  6. Mekkora átlagos teljesítménnyel lehet egy 1000 kg tömegû személyautót 10 s alatt, álló helyzetbõl 100 km/h sebességre gyorsítani? (DRS 4.16)
  7. Egy 2 kg tömegû testet nyugalmi helyzetbõl 30 N erõvel emelünk 2 m magasra.
    1. Mekkora munkát végez az erõ?
    2. Mekkora a test gyorsítására fordított munka?
    3. Mennyi idõ kell a 2 m magasság eléréséhez?
    4. Mekkora lesz a test impulzusa 2 m magasságban?
    5. Mekkora az átlagteljesítmény? (SZÖF 3.14)
  8. 20 m magasból, zérus kezdõsebességgel szabadon esik egy 10 kg tömegû test.
    1. Mekkora induláskor a helyzeti energiája?
    2. Mennyi az esés ideje?
    3. Mekkora sebességgel ér a test a talajra?
    4. Mekkora leérkezéskor a test mozgási energiája?
    5. Mennyit változott esés közben a test impulzusa? (SZÖF 3.15)
  9. Egy ládát 120 N erõvel 6 m hosszú úton állandó sebességgel tolunk. (Az erõ kifejtés iránya megegyezik az elmozdulás irányával). Mennyi munkát végeztünk? (Paál 139/11)
  10. Egy 1000 kg tömegû gépkocsit a motor 1,2 m/s2 gyorsulással gyorsít 300 m-es vízszintes útszakaszon. Mennyi a végzett munka? Mekkora az elért végsebesség, ha a gépkocsi álló helyzetbõl indult? (Paál 139/12)
  11. Mennyi az 1000 kg tömegû személygépkocsi mozgási energiája, ha sebessége 20 m/s? (Paál 145/4)
  12. Mennyi munkavégzés szükséges ahhoz, hogy az 1000 kg tömegû személygépkocsit álló helyzetbõl 20 m/s sebességre gyorsítsuk? (Paál 145/5)
  13. Mennyi a 72 km/h sebességû 600 kg tömegû személygépkocsi mozgási energiája? (Paál 145/6)
  14. Tk 74 o. kidolgozott példa.
  15. Tk 75/3
  16. Tk 77 o. kidolgozott példa.
  17. Tk 77/1
  18. Tk 77/2
  19. Tk 78/3
  20. Tk 78/4
  21. Tk 81 o. kidolgozott példa.
  22. Tk 81/1
  23. Tk 81/4
  24. Tk 82 o. kidolgozott példa.
  25. Tk 83 o. kidolgozott példa.
  26. Tk 83/1
  27. Tk 83/3
  28. Tk 83/4
  29. Tk 85 o. kidolgozott példa.
  30. Tk 86/1
  31. Tk 86/2
  32. Tk 86/3
  33. Tk 86/4
  34. Tk 86/5
  35. Tk 86/6
  36. Tk 86/7
  37. Tk 86/8
Irodalom:
Dér-Radnai-Soós: Fizikai feladatok I. kötet. (DRS)
Szakközépiskolai összefoglaló feladatgyûjtemény FIZIKA (SZÖF)
Dr. Paál Tamás: Mechanika I. (Fizika reál érdekl?dés? középiskolások számára) (Paál)
Medgyes Sándorné: Fizika szki 9. évfolyam (Tk)