Work is a physical quantity, which is a product of the force value and the value of the body displacement in the direction parallel to the direction of the force action:
where: F - the value of force along the direction of the movement, s – the displacement of the body.
The unit of work is joule [J]:
To do workworkwork in a physical sense you should.
1. Apply force which is not equal to zero to the body.
2. The displacement of the body must be different from zero.
3. The direction of force cannot be perpendicular to the direction of the displacement of the body.
PowerpowerPower is a physical quantity expressed numerically as the quotient of workworkwork and the time in which it was done:
The formula is symbolically expressed as:
where: P - powerpowerpower, W - workworkwork done, t - time in which the workworkwork was done.
The stationary blockstationary blockstationary block is a disc that can rotate around a fixed axis. A rope is thrown through the disc, and it does not slip on the surface of the disc.
[Illustration 2]
Definition:
The movable blockmovable blockmovable block is a disc with a rope thrown around it that does not slide on the surface of the block, but it can move in the vertical direction and perform rotation.
[Illustration 3]
Energy:
EnergyenergyEnergy - scalar physical quantity characterizing the state of the physical system as its ability to perform work.
Energy occurs in various forms, e.g. kinetic energy, gravitational potential energy, potential energy of elasticity, thermal energy, nuclear energy.
The principle of mechanical energy conservation is a special case of the general principle of energy conservation.
The principle of mechanical energy conservation can only be used if there is no resistance to movement.
EnergyenergyEnergy can only change its form, but it cannot be created or destroyed (the principle of energy conservationprinciple of energy conservationprinciple of energy conservation). For example, „energy production” in a coal‑fired powerpowerpower plant only means the transformation of chemical energy into electricity.
WorkworkWork is one of the ways of converting the energyenergyenergy of one type into another. One of the most important formulas in physics is the relationship between workworkwork and the change of energy.
Work is one of the ways of converting one form of energy into one another.
The work is equal to the energy change:
The workworkwork done always equals the change of the energyenergyenergy of the system.
Definition:
The kinetic energy of the body is associated with a motion. The body with mass m moving at speed v has kinetic energy, which is calculated from the formula:
An accelerating passenger car certainly has kinetic energyenergyenergy. A large truck moving at a slightly lower speed can have even greater kinetic energy because its weight is much greater than the weight of the passenger car.
Definition:
Potential (gravitational) energyenergyenergy. This energy is related to the gravitational interaction between the body with mass m and the Earth (planet). This energy depends on the weight and height of the body and is expressed by the formula:
The constant g is called gravitational acceleration (acceleration of freefall) and its value for the Earth is .
The value of gravitational acceleration for other planets or the Moon is different from the given value and e.g. for the Moon is .
Definition:
The sum of the kinetic energyenergyenergy and the potential energy of a body is called mechanical energy.
The principle of mechanical energy conservation is one of the most important principles in physics. It says that in the case of a system of bodies on which no external forces and no resistance forces act, the total mechanical energy of the system remains constant.
1. Most phenomena in nature are associated with energy changes. Energy can be transferred from one body to another (eg in the form of thermal energy) or change from one form to another (eg kinetic energy into potential energy, electricity into heat energy).
2. The force acting on the body performs work when: during the operation of this force, the body is displaced or deformed.
3. The power of the device is the quotient of the work and the time when it was made.
4. We say that the body system is capable of performing work if it has mechanical energy. The increase of the mechanical energy of the system is equal to the external forces exerted over this system .
Returning to the previous state, the system can (at the expense of its energy) perform work of the same value.
5. The energy unit is joule [J] and watts power [W].
6. We divide mechanical energy into: potential energy (gravity and elasticity) and kinetic energy. The potential energy of the body depends on its position relative to the other body with which it interacts. Potential energy of gravity changes when the distance of the body from the Earth changes. The potential energy of elasticity is related to the elastic deformation of the body.
7. If the bodies of the system interact only with gravitational forces or elasticity, and the external force does not work on it, then the total mechanical energy, ie the sum of the potential and kinetic energy of this system, does not change.
Selected words and expressions used in the lesson plan
Kołowrót składa się zazwyczaj z wału o promieniu r oraz korby. Długość ramienia korby R jest większa od promienia walca r.
m363de5c2ff44bd4f_1528449000663_0
Podsumowanie wiadomości o pracy, mocy i energii
m363de5c2ff44bd4f_1528449084556_0
Drugi
m363de5c2ff44bd4f_1528449076687_0
III. Energia. Uczeń:
5) wykorzystuje zasadę zachowania energii do opisu zjawisk oraz zasadę zachowania energii mechanicznej do obliczeń.
m363de5c2ff44bd4f_1528449068082_0
45 minut
m363de5c2ff44bd4f_1528449523725_0
Przypomnienie podstawowych wiadomości o pracy, mocy i energii.
m363de5c2ff44bd4f_1528449552113_0
1. Stosuje definicję pracy i mocy w zadaniach problemowych i rachunkowych.
2. Opisuje na przykładach przemiany energii, stosując zasadę zachowania energii.
3. Stosuje zasadę zachowania energii mechanicznej w rozwiązywaniu zadań obliczeniowych.
m363de5c2ff44bd4f_1528450430307_0
Uczeń:
- opisuje na przykładach przemiany energii, stosując zasadę zachowania energii,
- stosuje zasadę zachowania energii mechanicznej w rozwiązywaniu zadań obliczeniowych.
m363de5c2ff44bd4f_1528449534267_0
1. Metoda odwróconej lekcji.
2. Pogadanka i wykład.
m363de5c2ff44bd4f_1528449514617_0
1. Praca samodzielna ucznia z książką i z Internetem.
2. Poszukiwanie rozwiązań problemów fizycznych w grupach.
m363de5c2ff44bd4f_1528450127855_0
Proszę przygotować odpowiedzi na następujące pytania:
1. Co to jest praca?
2. Jak wyznaczamy moc urządzenia?
3. Podaj związek pomiędzy praca a zmianą energii.
4. Co to są i do czego służą maszyny proste?
m363de5c2ff44bd4f_1528446435040_0
[Slideshow]
Definicja:
Praca to wielkość fizyczna, która jest iloczynem wartości siły i wartości przemieszczenia ciała w kierunku równoległym do kierunku działania siły:
gdzie: F - wartość siły działającej wzdłuż kierunku przesunięcia, s - przesunięcie ciała.
Pracę wyrażamy w [J] (dżul):
Aby wykonać pracę w sensie fizycznym należy.
1. Działać na ciało siłą różną od zera.
2. Przesunięcie ciała musi być różne od zera.
3. Kierunek działania siły nie może być prostopadły do kierunku przesunięcia ciała.
Moc jest to wielkość fizyczna wyrażona liczbowo jako iloraz pracy i czasu jej wykonania:
Symbolicznie:
gdzie: P - moc, W - wykonana praca, t - czas w którym praca ta została wykonana.
Moc wyrażamy w [W] (wat):
Moc informuje nas o tym:
- jaka praca jest wykonywana w jednostce czasu,
- jak szybko jest wykonywana ta praca.
Maszyny proste to urządzenia pozwalające na wykonywanie danej pracy przy użyciu sił o mniejszej wartości.
Z fizycznego punktu widzenia maszyny proste tylko ułatwiają wykonanie danej pracy, ale nie zmniejszają ilości energii potrzebnej do jej wykonania.
Przykłady maszyn prostych:
- dźwignia jednostronna,
- dźwignia dwustronna,
- blok nieruchomy,
- kołowrót,
- blok ruchomy,
- równia pochyła,
- śruba lub ślimak,
- wielokrążek,
- przekładnia zębata,
- mechanizm korbowy,
- prasa hydrauliczna.
Definicja:
Dźwignia dwustronna to sztywny pręt podparty w jednym punkcie, do którego siły są przyłożone po obu stronach punktu podparcia.
Definicja:
Dźwignia jednostronna to sztywny pręt podparty w jednym punkcie, do którego siły są przyłożone po jednej stronie punktu podparcia.
Definicja:
Kołowrót składa się zazwyczaj z wału o promieniu r oraz korby. Długość ramienia korby R jest większa od promienia walca r.
[Ilustracja 1]
Definicja:
Bloczek nieruchomy to krążek, który może wykonywać obrót wokół nieruchomej osi. Przez krążek taki jest przerzucona linka, która nie ślizga się względem powierzchni krążka.
[Ilustracja 2]
Definicja:
Bloczek ruchomy to krążek z przerzuconą liną nieślizgającą się po powierzchni bloczka, mogący przemieszczać się w kierunku pionowym oraz wykonywać obrót.
[Ilustracja 3]
Energia:
Energia – skalarna wielkość fizyczna charakteryzująca stan układu fizycznego jako jego zdolność do wykonania pracy.
Energia występuje w różnych postaciach np.: energia kinetyczna, energia potencjalna grawitacyjna, energia potencjalna sprężystości, energia cieplna, energia jądrowa.
Zasada zachowania energii mechanicznej to szczególny przypadek ogólnej zasady zachowania energii.
Zasadę zachowania energii mechanicznej możemy stosować tylko wtedy, gdy nie ma oporów ruchu.
Energia może jedynie zmieniać swoją postać, jednak nie może być tworzona ani niszczona (zasada zachowania energii). Np. „produkcja energii” w elektrowni węglowej oznacza tylko przekształcenie energii chemicznej w elektryczną.
Praca jest jednym ze sposobów zamiany jednej postaci energii jednej w drugą.
Praca jest równa zmianie energii:
Czyli wykonana praca jest zawsze równa zmianie energii układu.
Definicja:
Energia kinetyczna ciała jest związana z ruchem. Ciało o masie m poruszające się z prędkością v posiada energię kinetyczna, którą obliczamy ze wzoru:
Rozpędzony samochód osobowy posiada z pewnością energię kinetyczną. Duzy samochód ciężarowy, który porusza się z nieco mniejszą prędkością może mieć nawet większą energię kinetyczną ponieważ jego masa jest znacznie większa od masy samochodu osobowego.
Definicja:
Energia potencjalna (grawitacji). Energia ta jest związana z oddziaływaniem grawitacyjnym pomiędzy ciałem o masie m a Ziemią (planetą). Energia ta zależy od masy ciała i od wysokości, na której znajduje się ciało i wyraża się wzorem:
Stała g nazywa się przyspieszeniem grawitacyjnym ( przyspieszenie swobodnego spadku) i jej wartość dla Ziemi wynosi .
Wartość przyspieszenia grawitacyjnego dla innych planet czy Księżyca jest różna od podanej wartości i np. dla Księżyca wynosi .
Definicja:
Energią mechaniczną będziemy nazywać sumę energii kinetycznej i potencjalnej ciała:
Zasada zachowania energii mechanicznej to jedna z najważniejszych zasad w fizyce. Mówi ona, że w przypadku układu ciał, na który nie działają żadne siły zewnętrzne oraz nie działają żadne siły oporu, całkowita energia mechaniczna układu pozostaje stała.
m363de5c2ff44bd4f_1528450119332_0
1. Większość zjawisk w przyrodzie związana jest z przemianami energii. Energia może zostać przekazana od jednego ciała do drugiego (np. w postaci energii cieplnej) lub ulec przemianie z jednej formy w drugą (np. energia kinetyczna w energię potencjalną, energia elektryczna w energię cieplną).
2. Siła działająca na ciało wykonuje pracę, gdy: podczas działania tej siły następuje przemieszczenie ciała lub jego odkształcenie.
3. Mocą urządzenia nazywamy iloraz pracy i czasu, w którym została ona wykonana.
4. Mówimy, że układ ciał jest zdolny do wykonania pracy, jeżeli posiada on energię mechaniczną. Przyrost energii mechanicznej układu jest równy pracy sił zewnętrznych wykonanej nad tym układem: .
Wracając do poprzedniego stanu, układ może (kosztem swojej energii) wykonać pracę o takiej samej wartości.
5. Jednostką energii jest dżul [J] a mocy wat [W].
6. Energię mechaniczną dzielimy na: energię potencjalną (grawitacji i sprężystości) i energię kinetyczną. Energia potencjalna ciała zależy od jego położenia względem drugiego ciała, z którym oddziałuje. Energia potencjalna grawitacji zmienia się, gdy zmienia się odległość ciała od Ziemi. Energia potencjalna sprężystości jest związana z odkształceniem sprężystym ciała.
7. Jeśli ciała układu oddziałują na siebie tylko siłami grawitacyjnymi lub sprężystości, a siła zewnętrzna nie wykonuje nad nim pracy, to całkowita energia mechaniczna czyli suma energii potencjalnej i kinetycznej tego układu, nie ulega zmianie.