§ 6.2 Energie en arbeid

H6.2 Energie en arbeid

[WS] - Energie

https://wetenschapsschool.nl/chapter/Energie_0_Soorten+energie.html

1 / 35

Slide 1: Slide

NatuurkundeMiddelbare schoolhavo, vwoLeerjaar 3

This lesson contains 35 slides, with interactive quizzes, text slides and 1 video.

Lesson duration is: 50 min

Items in this lesson

H6.2 Energie en arbeid

[WS] - Energie

https://wetenschapsschool.nl/chapter/Energie_0_Soorten+energie.html

Slide 1 - Slide

Leerdoelen

Kunnen rekenen met de formules voor arbeid, zwaarte-energie en bewegingsenergie.

Slide 2 - Slide

Kracht en Arbeid

Arbeid vertelt je hoeveel moeite je moet doen om een voorwerp te verplaatsen.

Die "moeite" is een vorm van energie

Slide 3 - Slide

Arbeid

Als je spullen naar boven sjouwt, kost dat.....

MEER/MINDER moeite als het zwaarder is

MEER/MINDER moeite als ik hoger moet

Slide 4 - Slide

Arbeid

een beweging door een kracht over een bepaalde afstand

W= Arbeid (J)

F= Kracht (N)

s= afstand (m)

W = F \cdot s

Slide 5 - Slide

Newtonmeter en Joule

De eenheid van Arbeid is Nm

Nm staat voor Newton x meter

Elke Joule die nuttig gebruikt wordt is 1 Newtonmeter arbeid.

1 Nm = 1 J

1J = 1 Nm

Slide 6 - Slide

Slide 7 - Slide

Arbeid

Arbeid (W) is in de natuurkunde een maat voor het werk dat gedaan wordt, of de inspanning die door een krachtbron geleverd wordt bij verplaatsing van een massa.

Je kunt arbeid zien als het omzetten van energie. Arbeid meten we dus in Joule (en in Nm)

Slide 8 - Slide

Voorbeeld

Een auto rijdt 500 m. Tijdens het rijden oefent de motor een voortstuwende kracht van 1000 N uit. Bereken hoeveel arbeid de motor dan heeft geleverd.

F = 1000N s= 500m

W= Fxs

W= 1000N x 500m

W= 500000 J (Nm)
W= 500 kJ

Slide 9 - Slide

Hoeveel arbeid lever je als je een kist van 5 kg 2 meter optilt?

10 Nm

1000 Nm

980 Nm

98 Nm

Slide 10 - Quiz

De arbeid hangt af van:

De massa (m) van het voorwerp wat verplaatst wordt
De afstand (s) waarover een voorwerp verplaatst wordt

Slide 11 - Slide

Voorbeelden van arbeid

Een motor levert arbeid om een auto voort te stuwen
Kinderen trekken een slee voort
Een hijskraan tilt een betonblok op

Slide 12 - Slide

Zwaarte-energie

Iets wat een hoogte heeft kan vallen.

Anders gezegd het heeft zwaarte-energie.

Deze energie kan je gebruiken om elektrische energie mee op te wekken.

Slide 13 - Slide

Zwaarte energie

E z = m \cdot g \cdot h

E_z = Zwaarte energie (J)
m = Massa (kg)
h = hoogte (m)
g = 9,8 m/s²

Slide 14 - Slide

Zwaarte-energie

De zwaarte-energie van een voorwerp op een bepaalde hoogte is gelijk aan de zwaartekracht op dat voorwerp x de hoogte.

Slide 15 - Slide

Bewegingsenergie

Wanneer het water in het stuwmeer naar beneden valt krijgt het water bewegingsenergie (=kinetische energie)

De hoeveelheid bewegingsenergie hangt af van de massa en van de snelheid van het water.

Slide 16 - Slide

Bewegings energie in formule

E^{​ k ​ ​} = \frac{​ 1 ​ ​}{​ 2 ​} m v^{​ 2 ​ ​}

m = massa [kg]

v = snelheid [m/s]

E_k = bewegingsenergie [Joule]

Slide 17 - Slide

Een vliegtuig met een massa van 120 ton versnelt bij een start eenparig vanuit stilstand.

De gemiddelde snelheid van start tot opstijgen is 151 km/h.

Bereken de bewegingsenergie van het vliegtuig?

1. Gegeven

2. Gevraagd

3. Formule

4. Bereken

5. Antwoord + eenheid

Slide 18 - Slide

Een vliegtuig met een massa van 120 ton versnelt bij een start eenparig vanuit stilstand.

De gemiddelde snelheid van start tot opstijgen is 151 km/h.

Bereken de bewegingsenergie van het vliegtuig?

1. Gegeven vgem = 151:3,6 = 42 m/s

m = 120 ton = 120.000 kg

2. Gevraagd Ek

3. Formule

4. Bereken

5. Antwoord + eenheid

E^{​ k ​ ​} = 0, 5 \cdot m \cdot v^{​ 2 ​ ​}

E^{​ k ​ ​} = 105840000 J

E^{​ k ​ ​} = 0, 5 \cdot 120000 \cdot 42^{​ 2 ​ ​}

Slide 19 - Slide

De zwaarte-energie gaat volledig op in bewegings-energie

Slide 20 - Slide

Kinetische energie

Een vrachtauto met een massa van 4 ton rijdt over de snelweg met 90 km/h. Hoe groot is de kinetische energie?

Gegeven

Gevraagd

Formule

Bereken

Antwoord + eenheid

Slide 21 - Slide

Kinetische energie

Een vrachtauto met een massa van 4 ton rijdt over de snelweg met 90 km/h. Hoe groot is de kinetische energie?

Gegeven m= 4 ton = 4*1000 = 4000 kg

v = 90 km/h = 90 : 3,6 = 25 m/s

Gevraagd Ekin

Formule

Bereken

Antwoord + eenheid

E^{​ k i n ​ ​} = 0, 5 \cdot m \cdot v^{​ 2 ​ ​}

E^{​ k i n ​ ​} = 0, 5 \cdot 4000 \cdot (25)^{​ 2 ​ ​}

E^{​ k i n ​ ​} = 1250000 J = 1, 25 M J

Slide 22 - Slide

Kinetische energie

Je bent aan het fietsen met een constante snelheid. Je weegt samen met je fiets 80 kg.

Je hebt 2000 J energie geleverd om op snelheid te komen.

Hoe snel ga je? (we gaan ervan uit dat er geen wrijving is)

Gegeven

Gevraagd

Formule

Bereken

Antwoord + eenheid

Slide 23 - Slide

ANTWOORD

Je bent aan het fietsen met een constante snelheid. Je weegt samen met je fiets 80 kg.

Je hebt 2000 J energie geleverd om op snelheid te komen. Hoe snel ga je? (we gaan ervan uit dat er geen wrijving)

Gegeven m = 80 kg

Ekin = 2000 J

Gevraagd v

Formule

Bereken

Antwoord + eenheid v = 7,1 m/s

E^{​ k i n ​ ​} = 0, 5 \cdot m \cdot v^{​ 2 ​ ​}

v = \sqrt ​ \frac{​ ( E ^{​ k i n ​ ​} \cdot 2 ) ​ ​}{​ m ​} ​ ​ ​

v = \sqrt ​ \frac{​ ( 2 0 0 0 \cdot 2 ) ​ ​}{​ 8 0 ​} ​ ​ ​

Slide 24 - Slide

Hoeveel zwaarte energie krijgt een appel van 102 gram wanneer je hem 1,00 meter optilt?

Slide 25 - Open question

Paul Larsen heeft het snelheidsrecord zeilen behaald.
De totale massa van Paul met zijn zeilboot is 360 kg.
De topsnelheid tijdens dit record was 35,0 m/s.
Bereken de bewegingsenergie van de boot op topsnelheid.

Slide 26 - Open question

Nu zelf proberen

Eva springt van een hoge duikplank af. De hoogte van deze duikplank is 4,0 meter. Haar massa bedraagt 55 kg.

Bereken met welke snelheid (in km/h) ze in het water komt.

Alle wrijvingskrachten mogen worden verwaarloost.

Slide 27 - Slide

Wat is gegeven ?

h = 4,0 m

m = 55 kg

g = 9,81 m/s² (want we bevinden ons op de aarde)

Slide 28 - Slide

Berekening

Zwaarte energie wordt omgezet in bewegingsenergie.

Beginsituatie: 100% zwaarte energie en 0% bewegingsnergie

Eindsituatie: 0% zwaarte energie en 100% bewegingsnergie

Slide 29 - Slide

Eva springt van een hoge duikplank af. De hoogte van deze duikplank is 4,0 meter. Haar massa bedraagt 55 kg.

Slide 30 - Open question

Controle

Heb ik een formule opgeschreven? ja

Heb ik alles in juiste eenheid staan? ja

Is het antwoord logisch? 32 km/h is aan de hoge kant, maar dat komt omdat we wrijvingskrachten mochten verwaarlozen. Dus op zich geen gekke waarde.

Slide 31 - Slide

Darren (massa 65 kg) maakt de vrije val tot hij het wateroppervlak van het zwembadje raakt. Bij de landing in het zwembadje heeft Darren een bewegingsenergie van 7150 J.
a)Bereken de snelheid bij het raken van het wateroppervlak.
b) Bereken de afstand van de vrije val.

Slide 32 - Open question

Slide 33 - Slide

Huiswerk

Leren en maken opgaven § 6.2

Slide 34 - Slide

Slide 35 - Video