TantárgyakFizikaKözépszintMunka, energia, teljesítmény
ProfilJegyzet beküldéseGYIKRólunk
Ez a jegyzet félkész. Kérjük, segíts kibővíteni egy javaslat beküldésével!

Munka, energia, teljesítmény

Munka

Fizikai értelemben munkavégzésről akkor beszélünk, ha egy test erő hatására elmozdul.

  • Ha az erő és az elmozdulás egymásra merőleges, akkor fizikai értelemben nem történik munkavégzés. Pl.: ha egy táskát függőlegesen tartunk, és úgy sétálunk, akkor sem a tartóerő, sem a nehézségi erő nem végez munkát.
  • Ha az erő és az elmozdulás egymással \alpha szöget zár be, akkor az erőnek az elmozdulás irányába eső komponense végez munkát.
  • Jele: W
  • W = F * s * \cos\alpha (skaláris szorzat)
  • [W] = 1 J (joule) - Joule angol fizikusról nevezték el.
  • Skalár mennyiség

A munka kiszámításához gyakran használjuk az erő - elmozdulás grafikont. Ebben az esetben az összes munkavégzés a grafikon és az elmozdulás tengely közötti síkidom előjeles területének összege.

Mechanikai munkavégzés fajtái

Emelési munka

Emelési munkáról akkor beszélünk, ha egy m tömegű testet függőleges irányba állandó sebességgel felemelünk. Ennek feltétele, hogy az emelőerő ugyanolyan nagyságú legyen, mint a nehézségi erő. |F| = |F_{neh}| kiszámítása: W = m * g * h. Ha állandó m tömegű testet emelünk, akkor az emelőerő munkája egyenesen arányos a h magassággal. Tehát minél magasabbra emeljük a testet, annál több munkát kell végeznünk.

Gyorsítási munka

Ha egy kezdetben nyugvó testre állandó erő hat, a test egyenes vonalú egyenletesen változó mozgást végez. Ha felgyorsítunk egy autót, akkor a gyorsításhoz erő szükséges, tehát munkavégzés történik. A végzett munka egyenesen arányos a test tömegével és a sebesség négyzetével. W = \frac{1}{2} * m * v^2

Rugalmas munka

A rugó megnyújtásakor és összenyomásakor a rugóban erő ébred. Ha a rugóban fellépő erőt ábrázoljuk a megnyúlás függvényében, akkor az origóból kiinduló félegyenest kapunk. A grafikon alatti terület mérőszáma a rugóerő munkájával lesz egyenlő. W = \frac{1}{2} * D * x^2

Súrlódási munka

Súrlódás

A súrlódás két érintkező felület között fellépő erő, vagy az az erő, mellyel egy közeg fékezi a benne mozgó tárgyat (például a mézben lesüllyedő kanálra ható fékező erő).

súrlódási együttható: A súrlódási tényező az érintkező felületek anyagminőségétől függő empirikus mennyiség. \mu skalár mennyiség

jó: Nem tudnánk nélküle mozogni
Rossz: lehetne örökmozgót építeni, ami energiát nem termelne, de ha egyszer elindítjuk, onnantól kezdve nem lenne vele para.

Ha húzunk egy szánkót, akkor a súrlódási erő ellenében munkát kell végezni. Ha egy testet vízszintes felületen mozgatunk úgy, hogy a test egyenes vonalú egyenletes mozgást végez, akkor a súrlódási erő nagysága megegyezik a húzóerő nagyságával. A súrlódási erő ellenében végzett munka pozitív, a súrlódási erő munkája negatív előjelű. W = -\mu * F_{nys}

Közegellenállás

A folyadékban vagy gázban mozgó testre erő hat. Ezt az erőt két komponensre szokás bontani, a mozgás irányába eső, azt akadályozó, illetve erre merőleges komponensre. A mozgás irányába eső erő a közegellenállás, a rá merőleges erő neve felhajtóerő.

Energia

Bármely zárt rendszer kölcsönható képességét jellemző skalármennyiség.

  • Jele: E
  • [E] = 1J

Az energia legfontosabb jellemzői

  • A testek, mezők elidegeníthetetlen tulajdonsága, amely a kölcsönható képességüket jellemzi.
  • Zárt rendszerben megmaradási törvény érvényes rá.
  • Az energia viszonylagos mennyiség. Pl.: a helyzeti energia értéke az általunk megválasztott nulla szinttől függ.
  • Van olyan energiafajta (nem mechanikai energia), amely csak meghatározott értékeket vehet fel, kvantált. Ilyen pl. az elektromágneses sugárzás energiája.

Mechanikai energia és fajtái

Helyzeti energia

A nulla szinthez képest h magasságba felemelt test a helyzetéből adódóan energiával rendelkezik. Ez megegyezik az emelési munkával. W_e = E_h = m * g * h

Mozgási energia

Egy test mozgása során is lehet kölcsönható képessége, amelyet a mozgási energiával jellemzünk. A test sebessége miatt rendelhető a testhez. A mozgási energia mértéke megegyezik a gyorsítási munkával. W_{gy} = E_m = \frac{1}{2} * m * v^2

  • Munkatétel: Egy pontszerű test mozgási energiájának a megváltozása megegyezik a testre ható eredőerő munkájával. \Delta E_m = W_{ossz}

Rugalmas energia

A rugalmas testeknek alakváltozásuk miatt van kölcsönható képességük. A rugalmas energia megeggyezik a rugalams munkával. E_r = W_r = \frac{1}{2} * D * x^2

Forgási energia

A testeknek forgásuk miatt is lehet kölcsönható képessége, amelyet a forgási energiával jellemzünk.

Mechanikai energia megmaradásának törvénye

Zárt mechanikai rendszerben (nem hatnak rá külső erők, vagy azok eredője nulla) a mechanikai energiák összege állandó.

Van-der Waals kölcsönhatás

Más néven diszperziós kölcsönhatás. Légnemű anyag részecskéi között a leggyengébb a vonzóerő, a szilárd anyagoknál a legnagyobb. Ha túl közel vannak egymáshoz a részecskék, akkor ez a vonzóerő átcsap taszításba.

Teljesítmény

A munkavégzés közben a munka nagysága mellett az is fontos kérdés, hogy mennyi idő alatt zajlott le a folyamat. A munkavégzés hatékonyságát a teljesítmény fejezi ki.

  • Skalár mennyiség
  • Jele: P
  • [P] = 1 W (watt) - James Watt angol mérnökről nevezték el
  • P = \frac{W}{t}
  • Egy alternatív mértékegysége a lóerő, amit az autóiparban a mai napig használnak.

Általában a végzett munka egy része számunkra haszontalan. Ennek a jelenségnek a kifejezésére a hatásfok nevű menniységet használjuk.

Hatásfok

  • A hasznos munka és az összes munka hányadosa.
  • Jele: \eta (éta)
  • Általában százalékban szokás megadni.
  • A gépek, berendezések hatásfoka mindig kisebb, mint 100% (Nem létezik örökmozgó).

Legutóbb frissítve: 2015-08-25 05:37

Javaslatok

Megjegyzések

Hamarosan!

© 2015–2016 erettsegik.hu