5.3 Energie en sport

• Natuurkunde
• Middelbare school
• havo, vwo
• Leerjaar 3

5.3

Energie en sport

Leerdoelen

Je weet wat mechanisch vermogen is en welke eenheid dit heeft.

Je kunt uitleggen wanneer je lichaam welk type verbranding inzet.

Je kunt het verband tussen arbeid en vermogen benoemen.

Je kunt rekenen met de formules voor arbeid en mechanisch vermogen.

Je kunt het verband tussen vermogen en snelheid geven.

Wat is arbeid?

Wat zou het verschil zijn tussen elektrisch en mechanisch vermogen?

Mechanisch vermogen

Mechanisch vermogen is de arbeid die je per seconde levert.

Arbeid is kracht over een bepaalde afstand, ook wel een energie.

Wat zou de eenheid van mechanisch vermogen zijn?

Geef je antwoord in de chat van Microsoft Teams.

Waar haalt een mens de energie vandaan om te bewegen?

Verbranding

3 typen voedingsstoffen:

-Koolhydraten. (suikers)

-Eiwitten. (spieropbouw)

-Vetten. (veel energie)

Arbeid en vermogen

Een grotere kracht, of een langere afstand geeft een grotere arbeid.

Een grotere arbeid in kortere tijd geeft een groter vermogen.

Dit kunnen we in de volgende formule zetten:

P=​t​​W​​

Arbeid en vermogen

P = Mechanisch vermogen in Watt (W)

W = Arbeid in Joule (J)

t = Tijd in seconde (s)

Let op dat je dit niet verward met elektrisch vermogen!!!

P=​t​​W​​

Formules in elkaar omschrijven

We kunnen deze 2 formules combineren tot 1 formule, daarvoor moeten we kijken naar de grootheid die in beide formules staat. In dit geval is dat de arbeid W.

Als we W vervangen door F*s krijgen we:

W=F⋅s

P=​t​​W​​

P=​t​​(F⋅s)​​

Voorbeeldsom

Een fietster rijdt met een constante snelheid over een afstand van 100m. Zij doet hier 20 seconden over en levert hier een kracht van 50N. Wat is het mechanisch vermogen wat ze moet leveren?

F=50N

s=100m

t=20s

Eerst arbeid uitrekenen: 

Daarna pas vermogen uitrekenen:

W=F⋅s=50⋅100=500J

P=​t​​W​​=​20​​500​​=25Wof25​s​​J​​

Een marathonloper loopt een marathon in 2,5 uur uit. Tijdens het lopen produceert deze marathonloper energie, waarvan er 75% verloren gaat in de vorm van warmte. Het totale vermogen van de loper is 280W. Wat is de kracht die de loper zet tijdens de marathon?
8 minuten de tijd!

W=F⋅s

P=​t​​W​​

Wat gebeurt er als een wielrenner een hoger vermogen gaat leveren?

1. Hij zal sneller zijn
2. Hij zal dezelfde snelheid houden
3. Hij zal langzamer zijn

Vermogen en snelheid

Een hoger vermogen gaat vaak gepaard met een hogere snelheid.

Meer arbeid, dus meer kracht, in kortere tijd leidt tot een hogere snelheid.

Maar ook meer tegenwerkende kracht!

Welke tegenwerkende kracht neemt het snelste toe bij hogere snelheid?

1. Rolweerstand
2. Luchtweerstand
3. Schuifweerstand
4. Ze nemen allemaal even snel toe

Luchtweerstand

Een 2x zo grote snelheid betekent een 4x zo grote luchtweerstand. Deze neemt dus kwadratisch toe!

De kracht, en daarmee de arbeid, neemt daarmee dus ook toe om een constante snelheid te blijven rijden.