Mechanická práce a energie 18. září 2012

Prezentace na téma: "Mechanická práce a energie 18. září 2012"— Transkript prezentace:

1 Mechanická práce a energie 18. září 2012
VY_32_INOVACE_170109_Mechanicka_prace_a_energie_DUM Mechanická práce a energie Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je Mgr. Miroslava Víchová Obchodní akademie a Střední odborná škola logistická, Opava, příspěvková organizace. Vzdělávací materiál byl vytvořen v rámci OP VK 1.5 – EU peníze středním školám, registrační číslo CZ.1.07/1.5.00/

2 Mechanická práce Výkon Mechanická energie

3 Mechanická práce Fyzikální pojem práce je spojen s viditelnou změnou stavu tělesa. Konání mechanické práce je založeno na silovém působení na těleso a pohybem tělesa. Mechanická práce se značí W a její jednotkou je Joule [J]. dále

4 Rozhodněte, zda je v tomto případě konána práce.
Mechanická práce Rozhodněte, zda je v tomto případě konána práce. Obr.1 Pokud se piáno pohne po určité dráze, pak je konána práce. odpověď dále

5 Mechanická práce Rozhodněte, zda je v tomto případě konána práce. (pošťák zvedá balíček) Obr.2 Pokud se balíček pohne po určité dráze, pak je ko-nána práce. odpověď dále

6 Mechanická práce Pokud předmět nezmění po-lohu, není konána práce.
Rozhodněte, zda je v tomto případě konána práce. (stojící školák s batohem na zádech) Obr.3 Pokud předmět nezmění po-lohu, není konána práce. odpověď dále

7 Mechanická práce Auto urazí určitou dráhu, a proto je konána práce.
Rozhodněte, zda je v tomto případě konána práce. (závodní auto zrychluje) Obr.4 Auto urazí určitou dráhu, a proto je konána práce. odpověď dále

8 Mechanická práce Působí-li na těleso konstantní síla o velikosti F a těleso se pohybuje, můžeme vypočítat práci. W = F . s Práce bude větší, jestliže budeme působit větší silou a těleso urazí delší dráhu. Uvedený vzorec platí pouze tehdy, působí-li síla rovnoběžně s tra- jektorií tělesa. dále

9 Mechanická práce W = Ft . s = F . s . cos α
Jestliže svírá síla se směrem pohybu konstantní úhel, působí ve směru pohybu pouze tečná složka síly Ft. Složka síly Fn práci nekoná. α - úhel mezi sílou a směrem pohybu W = Ft . s = F . s . cos α dále

10 Mechanická práce Rozlišujeme příklady: α = 90° → cos 90° = 0
po dosazení dostaneme W = 0J v tomto případě se práce nekoná např. neseme po vodorovné rovině nákupní tašku (síla paže směřuje kolmo vzhůru) 2) α = 0° → cos 0° = 1 práci počítáme W = F . s (člen cos α můžeme ve vzorci vynechat) je to příklad síly působící ve směru pohybu dále

11 Mechanická práce 3) 0° < α < 90° → cos α > 0
těleso práci koná, označu-jeme ji za kladnou např. muž táhne sáňky za provázek Obr.5 dále

12 Mechanická práce 4) 90° < α < 180° → cos α < 0
práce se koná, označujeme ji za zápornou např. třecí síla, která brzdí pohyb tělesa Zajímavost: Práce, kterou vykoná lidské srdce za 60 let, je asi 2GJ. Obr.6 zpět na obsah další kapitola

13 Výkon K posouzení práce je třeba též znát dobu, za kterou je práce vykonána. Výkon: fyzikální veličina značíme ji P jednotkou v soustavě SI je watt [W] 1 watt je výkon, při kterém je konána práce 1J za 1s. dále

14 Výkon – porovnání výkonů
Obr.7 Celkový výkon lidského srdce je přibližně 13W. dále

15 Výkon – porovnání výkonů
Obr.8 Výkon osobního automobilu Škoda Fabia je 63 kW (84 koní). dále

16 Výkon – porovnání výkonů
Obr.9 Výkon sportovního automobilu Bugatti Veyron je 882 kW (1200 koní). dále

17 Výkon – porovnání výkonů
Obr.10 Trvalý výkon elektrické lokomotivy Škoda 109 E je 6400 kW. převody: dále

18 Výkon Při stálém výkonu můžeme práci určit též ze vztahu:
W = P . t [Ws] wattsekunda v praxi se používá Wh nebo kWh (např. při měření práce elektroměru) převod 1Ws = 1J 1kWh = 3600 kJ = 3,6 MJ pozn. Pro určení okamžitého výkonu motoru stačí znát tažnou sílu a rychlost. dále

19 Výkon K posouzení hospodárnosti strojů poslouží fyzikální veličina účinnost. Účinnost vyjadřuje, jaká část energie dodané stroji je přeměněna na užitečnou práci. Při činnosti stroje jsou překonávány např. odporové síly a tyto spotřebovávají energii. Celková dodaná energie tedy musí být větší, než by bylo třeba na užitečnou práci. dále

20 Výkon Účinnost značíme η (éta) a nemá jednotku. P – užitečný výkon
Po – celkový dodaný výkon ze zdroje Účinnost definujeme jako podíl výkonu a příkonu. Platí P < Po → η < 1 Účinnost často se udává v procentech. dále

21 Výkon zpět na obsah další kapitola
Porovnání účinnosti světelných zdrojů: obyčejná žárovka: pouze η = 10 % (někdy se uvádí 8 %) zbytek energie se přeměňuje v tepelnou kryptonová žárovka: až o 70 % víc než u obyčejné žárovky η = 17 % halogenová žárovka až o 200 % větší než u obyčejné žárovky η = 30 % zářivka η = 15 – 30 % LED η = 50 – 90 % Účinnost závisí na konstrukci žárovky nebo zářivky. Obr.11 zpět na obsah další kapitola

22 Jaké známe druhy energie?
Mechanická energie Jaké známe druhy energie? tepelná geotermální světelná jaderná mechanická zvuková chemická sluneční energie vody větrná dále Obr.12

23 S mechanickou prací souvisí fyzikální veličina mechanická energie.
Kinetická energie Potenciální tíhová energie Přeměny energie Potenciální energie pružnosti dále

24 Mechanická energie – kinetická energie
pohybová energie značí se Ek má ji každé těleso, které se v dané vztažné soustavě pohybuje např. motor auta koná práci a auto se rozjede Lze ji odvodit ze vztahů pro práci. Předpokládáme, že auto se rozjíždí, koná rovnoměrný zrychlený pohyb. Užijeme vztahy: F = m . a v = a . t s = ½ a . t2 dále

25 Mechanická energie – kinetická energie
závisí na hmotnosti tělesa závisí na druhé mocnině rychlosti tělesa jednotkou je joule [J] Obr.13 dále

26 Mechanická energie – potenciální energie
polohová energie značí se Ep souvisí s polohou tělesa v silovém poli (magnetickém, elektrickém, gravitačním) Zde ji opět vypočítáme z práce, která je konána při zvedání tělesa v gravitačním poli. (použijeme vztah pro Fg) W = F . s = m . g . s místo s se používá h (výška) Ep = m . g . h dále

27 Mechanická energie – potenciální energie
závisí na poloze tělesa v silovém poli závisí na hmotnosti tělesa závisí na gravitačním zrychlení v silovém poli Obr.14 dále

28 Mechanická energie – potenciální energie pružnosti
získá ji například tětiva luku natáhneme tětivu luku (dodáme práci) a napjatá tětiva vystřelí šíp, koná práci získá ji například hodinové péro Obr.15 dále

29 Mechanická energie – přeměny energie
Přeměny energie lze vysvětlit např. na pohybu na horské dráze, kdy se mění rychlost a poloha tělesa. Energie se přeměňuje: Ep v Ek a naopak. Součet Ep a Ek je v každém okamžiku stejný. E = Ep + Ek Podobně dochází k přeměně energie i u volného pádu těles. start Ep - min Ek - max Ep - max Ek - min dále

30 Mechanická energie – přeměny energie
Na základě předchozích úvah a přeměně energie lze formulovat zákon. U mechanických dějů probíhajících v izolované soustavě se mění jeden druh energie v jiný nebo přechází z jednoho tělesa na druhé, ale celková energie se nemění. Platnost zákona můžeme pozorovat např. u pohybu kyvadla, kmitání těles na pružině nebo při odrazu míče od podlahy. U reálných těles se mechanická energie působením odporových sil mění ve vnitřní energii tělesa a těleso se zahřívá. dále

31 Mechanická energie – přeměny energie
Jmenujte příklady dalších přeměn energií. člověk přeměňuje chemickou energii z potravy na energii pohybovou hořením se mění chemická energie na tepelnou u parního stroje a spalovacích motorů se mění tepelná energie na pohybovou dále

32 CITACE ZDROJŮ Obr. 1 FURNITURE REMOVAL CHRISTCHURCH. File:Piano Removals In Christchurch.jpg: Wikimedia Commons [online]. 9 June 2011 [cit ]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: Obr. 2 US NAVY. File:US Navy N-6233C-038 Postal Clerk 2nd Class Kent Landis and Postal Clerk Seaman Jeremy Fleming sort more than 3,000 pounds of mail in the hangar bay of the aircraft carrier USS George Washington (CVN 73).jpg [x] W: Wikimedia Commons [online]. 30 May 2009 [cit ]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: Obr. 3 MICHAEL, Robert. File:LeonWeber 3.jpg: Wikimedia Commons [online]. 26 September 2005 [cit ]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: Obr. 4 NJR ZA. File:Tarlton-Drag racing-004.jpg: Wikimedia Commons [online]. 10 August 2008 [cit ]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: Drag_racing-004.jpg Obr MDK09. File:Mit dem Schlitten auf den Hang.JPG: Wikimedia Commons [online]. 29 January 2011 [cit ]. Dostupné pod licencí Creative Commons z:

33 CITACE ZDROJŮ Obr. 1 FURNITURE REMOVAL CHRISTCHURCH. File:Piano Removals In Christchurch.jpg: Wikimedia Commons [online]. 9 June 2011 [cit ]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: Obr. 2 US NAVY. File:US Navy N-6233C-038 Postal Clerk 2nd Class Kent Landis and Postal Clerk Seaman Jeremy Fleming sort more than 3,000 pounds of mail in the hangar bay of the aircraft carrier USS George Washington (CVN 73).jpg [x] W: Wikimedia Commons [online]. 30 May 2009 [cit ]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: Obr. 3 MICHAEL, Robert. File:LeonWeber 3.jpg: Wikimedia Commons [online]. 26 September 2005 [cit ]. Dostupné pod licencí Creative Commons z:

34 CITACE ZDROJŮ Obr. 4 NJR ZA. File:Tarlton-Drag racing-004.jpg: Wikimedia Commons [online]. 10 August 2008 [cit ]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: Drag_racing-004.jpg Obr MDK09. File:Mit dem Schlitten auf den Hang.JPG: Wikimedia Commons [online]. 29 January 2011 [cit ]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: Obr. 6 FASCIONE, Mat. File:Traffic lights along the A46 Fosse Way - geograph.org.uk jpg: Wikimedia Commons [online]. 12 October 2008 [cit ]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: Obr. 7 BBJEE. File:Škoda Fabia.jpg: Wikimedia Commons [online]. 11 January 2008 [cit ]. Dostupné pod licencí Creative Commons z:

35 CITACE ZDROJŮ Obr. 8 GONS. File:Bugatti Veyron EB 16.4 Grand Sport (oblique).jpg: Wikimedia Commons [online]. 11 February 2010 [cit ]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: Obr. 9 EKKO. File:Heart with ventricles and arteries.jpg: Wikimedia Commons [online]. 26 May 2006 [cit ]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: Obr. 10 CHARVÁT, Jaroslav. Soubor: Škoda 109E 1.jpg: Wikimedia Commons [online]. 8 November 2008 [cit ]. Dostupné pod licencí Creativez: Obr. 11 KMJ. File:Gluehlampe 01 KMJ.jpg: Wikimedia Commons [online]. 26 June 2004 [cit ]. Dostupné pod licencí Creative Commons z:

36 CITACE ZDROJŮ Obr. 12 LANG, Niko. File:Celestia sun.jpg: Wikimedia Commons [online]. 11 June 2006 [cit ]. Dostupné pod licencí Creative Commonsz: Obr. 13 AILURA. File:Berliner Halbmarathon Führungsgruppe Inlineskaterinnen km1.jpg: Wikimedia Commons [online]. 1 April 2012 [cit ]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: Obr. 14 HOLLAR, Shane. File:SWCC Freefalling.jpg: Wikimedia Commons [online]. 5 August 2011 [cit ]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: Obr. 15 HITCHHIKER89. File:Longbow.jpg: Wikimedia Commons [online]. 26 December 2006 [cit ]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: Neoznačené obrázky, pochází z vlastního archivu. ŠTOLL, Ivan. Fyzika pro netechnické obory SOŠ a SOU. Praha: Prometheus, ISBN Pro vytvoření DUM byl použit Microsoft PowerPoint 2010

37 Děkuji za pozornost. Miroslava Víchová