Deze kennisclip voor natuurkunde bestaat uit een aantal oefenopgaven over de wet van behoud van energie. De eerste opgave gaat over afremmen op een fiets, de tweede over met de fiets een helling af gaan, de derde over met de fiets over een weg gaan en de laatste opgave gaat over een kogeltje van een toren schieten. De video eindigt met een korte samenvatting. Je kunt deze uitleg goed gebruiken als voorbereiding op je natuurkunde examen!
4. De wet van behoud van energie (opgaven)
Gegeven door:
Tom Fürstenberg
Beschrijving
Begrippen
Arbeid
Bij bewegingen wordt de ene energiesoort omgezet in een andere energiesoort. Daarbij spelen de krachten op een voorwerp een belangrijke rol, doordat ze arbeid verrichten
Chemische energie
In een brandstof of in voedsel is energie opgeslagen: chemische energie (symbool: 𝐸ch). Die chemische energie komt vrij bij het verbranden van de brandstof in een motor of van het voedsel in het lichaam. De hoeveelheid energie die per kilogram of per liter brandstof vrijkomt, noemen we de verbrandingswarmte (symbool: 𝑟m of 𝑟v , afhankelijk van de soort brandstof: vast of vloeibaar/ gasvormig). De in een brandstof opgeslagen chemische energie hangt af van de massa of het volume en de verbrandingswarmte van de brandstof: 𝑬𝐜𝐡 = 𝒓𝐦 ∙ 𝒎 / 𝑬𝐜𝐡 = 𝒓𝐯 ∙ 𝑽 In deze formules is 𝐸ch de chemische energie (in J), 𝑟m de verbrandingswarmte (in J/kg), 𝑚 de massa, 𝑟v de verbrandingswarmte (in J/m 3) en 𝑉 het volume (in m3) van de brandstof
Constante snelheid
Een voorwerp beweegt zich met een constante snelheid wanner de snelheid (v) groter is dan 0 en de resulterende kracht (F0) = 0
Energie
Een fysische grootheid die uitdrukt in hoeverre een systeem arbeid kan verrichten of warmte kan produceren. De eenheid van energie is Joule (J)
Energiebehoud
De totale hoeveelheid energie die constant blijft
Helling
Een schuin oplopend of aflopend vlak op straat of in een landschap
Luchtweerstand
De luchtweerstandskracht (𝐹w,l) op een voertuig hangt af van de snelheid, het frontaal oppervlak en de stroomlijn. Hoe kleiner de snelheid en het frontaal oppervlak zijn en hoe beter de stroomlijn is, des te kleiner is de luchtweerstandskracht. Deze luchtweerstandskracht wordt gegeven door: 𝑭𝐰,𝐥 = 𝟏/𝟐 ∙ 𝒄𝐰 ∙ 𝑨 ∙ 𝝆 ∙ 𝒗^𝟐. In deze formule is 𝐹w,l de luchtweerstandskracht (in N), 𝑐w de luchtweerstandscoëfficiënt (zonder eenheid), 𝐴 het frontaal oppervlak (in m2 ), 𝜌 de dichtheid van de lucht (in kg/m^3 ), en 𝑣 de snelheid (in m/s)
Kinetische energie
Een voorwerp dat beweegt heeft energie: kinetische energie of bewegingsenergie (symbool: 𝐸k). De kinetische energie van een voorwerp hangt af van de massa en de snelheid van het voorwerp: 𝑬k = 𝟏 𝟐 ∙ 𝒎 ∙ 𝒗^𝟐 . In deze formule is 𝐸k de kinetische energie (in J), 𝑚 de massa (in kg) en 𝑣 de snelheid (in m/s) van het voorwerp
Kracht en arbeid
De arbeid (symbool: 𝑊) die een kracht verricht, is de hoeveelheid energie die door de kracht wordt omgezet voor een beweging. Voor het verrichten van arbeid is niet alleen een kracht nodig, maar ook een verplaatsing. De arbeid hangt af van de kracht en de verplaatsing: 𝑾 = 𝑭 ∙ 𝒔. In deze formule is 𝑊 de arbeid (in J), 𝐹 de kracht (in N) en 𝑠 de verplaatsing (in M). Uit de formule volgt de eenheid van arbeid: newton·meter (afgekort: Nm). Voor deze eenheid geldt: 1 Nm = 1 J. De formule om de arbeid van een kracht te berekenen geldt alleen als de kracht 𝐹 en de verplaatsing 𝑠 dezelfde of tegengestelde richting hebben
Wrijvingsarbeid
Bij bewegen met een constante snelheid is een voorwaartse kracht nodig om de beweging in stand te houden, tegen de tegenwerkende wrijvingskrachten in. De geleverde energie wordt omgezet in een andere energiesoort: warmte
B1. Kracht en beweging
B2: Energieomzettingen
1. Energie
2. Wet van behoud van energie
3. Arbeid
4. De wet van behoud van energie (opgaven)
5. Mechanische energievormen (opgaven)
6. Arbeid (opgaven)
7. Rendement
