Natuurkunde H6 Arbeid

Natuurkunde H6 Arbeid

Arbeid verrichten

Trekkracht vroeger → Vooral door mensen en trekdieren.

Trekkracht nu → Vooral door voer- en vaartuigen zoals locomotief, sleepboot, tractor.

Om iets te laten trekken moet je er steeds trekkracht op uitoefenen → Als dit stopt zullen de tewegwerkende krachten het voorwerp meteen tot stilstand brengen.

Wrijvingskracht → Dit is de belangrijkste tegenwerkende kracht.

Constant bewegen → De totale trekkracht moet even groot zijn als alle tegenwerkende krachten.

Eenparige versnelde beweging →De trekkracht is groter dan de tegenwerkende kracht. Er werkt een resultante in de richting van de beweging. Het zal steeds sneller bewegen.

Versnelling = snelheidsverandering : tijd

a =  Δv :  Δt

v = Snelheidsverandering tussen eindsnelheid Ve en beginsnelheid Vb.

t = Tijdsduur waarin snelheidsverandering plaatsvindt.

De versnelling van een voorwerp kan je met massa berekenen:

Fres [N] = m [kg] x a [m/s2]

Als je iets verplaatst verricht je arbeid hoe groot deze arbeid is hangt af van:

• De kracht waarmee je trekt.
• De afstand waarover het voorwerp wordt verplaatst.

arbeid = kracht x afstand → W = F x s

Als je als de kracht in newton en de afstand in meters invult → newton-meter [Nm]

→ Dit is hetzelfde als Joule → 1 Nm = 1 J

Maar voor arbeid gebruik je meestal Nm en voor energie J.

Tegenwerkende krachten kleiner maken:

• Stroomlijnen →luchtweerstand verminderen.
• Harde banden of wielen + een vlakke ondergrond→rolweerstand verminderen
• De oppervlakte die langs elkaar wrijven gladder te maken of te smelten → wrijvingskracht verminderen.

Als de tegenwerkende kracht kleiner is hoef je minder arbeid te verrichten om het voorwerp over een bepaalde afstand te verplaatsen.

Hefwerktuigen

Katrol → Dit gebruik je om iets op te tillen.

De katrol zelf kun je niet bewegen → het is een vaste katrol

Als je een voorwerp omhoog heist verricht je altijd arbeid →

W = F x s

Takel → Dit wordt vaak gebruikt voor zware voorwerpen.

Het heeft een vaste en een losse katrol.

→  De losse katrol hangt in het touw en kan bewegen.

Je moet dezelfde van het aantal newton van de kist optillen.

Gulden regel:

De verkleining in kracht is gelijk aan de vergroting in afstand.

De arbeid die de trekker verricht moet even groot zijn als de arbeid die het voorwerp verricht.

Je kunt dit uitrekenen door →

• De arbeid die op het losse uiteinde van de touw wordt verricht:

W = 98 x 0,78 = 78 Nm → W = 196 x 0,40 = 78 Nm

Als je een voorwerp van 300 N recht optilt moet je 300 N arbeid verrichten.

Helling → Kun je gebruiken om een voorwerp op een stapel kisten te krijgen

Als je een helling gebruikt wordt de benodigde kracht kleiner, maar de afstand groter.

Hoe kleiner de hellingshoek → Hoe kleiner de kracht, maar hoe groter de afstand.

Vermogen en rendement

Opgenomen vermogen [Pop] → Dit is gelijk aan de hoeveelheid elektrische energie per seconde.

Pop = U x I

Nuttige vermogen [Pnut] → De hoeveelheid arbeid de motor per seconde verricht.

Pnut = W : t

Pnut → Watt

W → newton-meter

t → seconde

Rendement → n = Enut : Eop x 100%

Deze formule heeft ook een goede uitkomst al je invult → Hoeveel energie per seconde nuttig wordt gebruikt en wordt opgenomen.

n = Pnut : Pop x 100%

Verbrandingsmotoren

Al het werk in machines wordt gedaan door een motor.

Verbrandingsmotoren → Bv. diesel- en benzinemotoren

→ Er wordt een brandstof verbrand. Het heeft dus chemische energie nodig.

Elektromotor → Een motor die elektrische energie gebruikt.

Je spieren gebruiken chemische energie uit voedsel.

De werking van een benzine motor:

• Aanzuigslag → De zuiger gaat naar beneden en zuigt via de inlaatklep een mengsel van lucht en benzinedamp in de cilinder.
• Compressieslag → De zuiger gaat omhoog, het mengsel van lucht en benzine wordt nu sterk samengeperst.
• Arbeidsslag → Een elektrische Vonk van een bougie ontsteekt het explosieve mengsel. De benzine verbrand dus de temperatuur in de cilinder wordt hoger. Hierdoor neemt een druk in de cilinder toe. Door die druk worden zuiger krachtig naar beneden gedrukt en wordt er arbeid verricht.
• Uitlaatslag → Zuiger beweegt omhoog en drukte verbrandingsgassen via de uitlaatklep de cilinder uit.

Dit is een viertaktmotor → Er zijn 4 slagen nodig om arbeid te verrichten.

In een auto zitten er 4 cilinders aan een krukas en dat zit weer aan een vliegwiel.

Vliegwiel → Een wiel met veel massa dat als een soort buffer fungeert. Het kan bewegingsenergie opslaan en weer afgeven als dat nodig is.

Het komt moeizaam op gang, maar als het eenmaal draait is het moeilijk te stoppen.

Een grote massa → grote traagheid → Het kost kracht om een voorwerp te versnellen, te vertragen of om de bewegingsrichting te veranderen.

Na de arbeidsslag is de cilinder gevuld met hete verbrandingsgassen → Bij de uitlaatslag verdwijnen deze gassen door de uitlaat naar buiten.

De warmte die verdwijnt → Afvalwarmte

Een benzine motor benut maar een deel van de chemische energie in brandstof. De rest gaat verloren als afvalwarmte.