Fysica samenvatting: energie, arbeid en vermogen

Fysica

Deel 1: Arbeid, Energie en vermogen

Definitie: De arbeid van een kracht is het product van de grootte van de kracht en van de verplaatsing van het aangrijpingspunt in de richting van de kracht.

- De kracht en de verplaatsing mogen niet loodrecht op elkaar staan.

W= F. |Δx|

W = arbeid, eenheid Joule, symbool J

F = kracht, eenheid Newton, symbool N

|Δx| = de verplaatsing, eenheid meter, symbool m

1 Joule is de arbeid van een kracht van 1 Newton die haar aangrijpingspunt 1 meter in haar richting verplaatst: 1𝐽=1𝑁 ∙1𝑚=1 𝑁∙𝑚

In een hoek: W = - F ∙ cos a ∙ |Δx| of  W = F ∙ cos a ∙ |Δx|

Definitie: het vermogen is de verhouding van de arbeid die verricht wordt tot de tijdsduur die hiervoor nodig is.

𝑷 =𝑾.𝜟𝒕

met: W = arbeid, eenheid Joule, symbool J

P = vermogen, eenheid Watt, symbool W

Δt = tijdsduur, eenheid seconde, symbool s

1 Watt is het vermogen dat ontwikkeld wordt wanneer een arbeid van 1 Joule per seconde verricht wordt: 1𝑊=1𝐽𝑠=1𝑁∙𝑚𝑠

1.  Verband tussen arbeid en energie

Bij het verrichten van arbeid wordt energie:

- Omgezet van de ene naar de andere vorm.

  - Overgedragen op een ander voorwerp.

Definitie: Energie is dat wat nodig is om arbeid te kunnen verrichten

De hoeveelheid energie (ΔE) die omgezet of overgedragen wordt, is gelijk aan de arbeid (W) die ermee verricht kan worden.

𝜟𝑬 = 𝑾

Aangezien de eenheid van arbeid Joule is, is de eenheid van energie ook Joule. [ΔE] = J

1. Potentiële zwaarteveldenergie

De potentiele energie van een voorwerp is afhankelijk van:

• de massa van het voorwerp
• de hoogte waarop het voorwerp zich bevind
• de zwaarteveldsterkte.

𝑬𝒑𝒐𝒕= 𝒎 .𝒈 .𝒉

Ter herhaling: g is de zwaarteveldsterkte en op onze positie op aarde mogen we de waarde 9,81 N/kg gebruiken.

1. Kinetische energie

Als we een stilstaand voorwerp laten versnellen tot een bepaalde snelheid zullen we een bepaalde hoeveelheid arbeid moeten leveren.

De kinetische energie van een voorwerp is afhankelijk van:

• de massa van het voorwerp
• de snelheid waarmee het voorwerp zich voortbeweegt.

𝑬𝒌𝒊𝒏 = ½ .𝒎∙𝒗²

1.  Potentiële elastische energie

Als we een veer willen uitrekken zullen we een bepaalde hoeveelheid arbeid moeten leveren. De geleverde arbeid is gelijk aan de elastische (potentiële) energie van de veer.

𝑬𝒑𝒐𝒕 = ½ .𝒌∙∆𝑙²

1.  Behoud van energie

De mechanische energie van een systeem is de som van de kinetische energie en de potentiële (zwaarteveld, elastische) energie:

𝑬𝒎𝒆𝒄𝒉 = 𝑬𝒌𝒊𝒏 + 𝑬𝒑𝒐𝒕

1. Rendement van een energieomzetting

Definitie:-Het rendement van een toestel is gelijk aan de verhouding van de ontstane hoeveelheid nuttige energie ΔEn. tot de totale hoeveelheid omgezette energie ΔEt.

Het rendement van een arbeidsverrichting is gelijk aan de verhouding van de nuttig verrichte arbeid Wn tot de totale verrichte arbeid Wt.

𝜼=𝑾𝒏𝒖𝒕𝒕𝒊𝒈/𝑾𝒕𝒐𝒕𝒂𝒂𝒍 = ∆𝑬𝒏𝒖𝒕𝒕𝒊𝒈/∆𝑬𝒕𝒐𝒕𝒂𝒂𝒍

met η = de Griekse letter étha

- Het rendement is een onbenoemd getal dat steeds voldoet aan

0 ≤ η ≤ 1

met η = 0 als er geen nuttige energie ontstaat.

met η = 1 als alle energie in nuttige energie wordt omgezet.

- Om het rendement procentueel uit te drukken moet je η vermenigvuldigen met 100%.