Kraftur og hreyfing

HlíðaskóliHelga Snæbjörnsdóttir

Kraftur og hreyfing

2. kafli

HlíðaskóliHelga Snæbjörnsdóttir

2-1 Kraftur

Kraftur verkar á hlut og veitir honum orku þannig að hann tekur að hreyfast, hættir að hreyfast eða breytir hraða sínum.

Kraftur er mældur í njútonum (N). Njúton er þ.a.l. einingin fyrir kraft í SI kerfinu.

Eitt njúton er sá kraftur sem þarf til þess að gefa hlut með massann 1 kg. hröðunina 1 m/sek2

HlíðaskóliHelga Snæbjörnsdóttir

Dæmi: Mundu: Kraftur er massi hlutar

margfaldaður með hraðabreytingu á tíma

Hversu mikinn kraft þurfum við til að ýta af stað sleða sem er 10 kg. Við ætlum að breyta hraða hans úr 0 m/sek í 5 m/sek á einni sekúndu.

Við þurfum því að margfalda massann með hraða breytingunni, 10kg. x 5 m/sek = 50N

HlíðaskóliHelga Snæbjörnsdóttir

Prófaðu sjálf/ur

Prófaðu sjálf/ur Hvað þarftu mikinn kraft til að ýta þér af stað

á skíðum, ef þú ert 55 kg. og þú ætlar að fara úr kyrrstöðu (0 m/sek) í 30m/sek á einni sekúndu?

Svar:________________________________

HlíðaskóliHelga Snæbjörnsdóttir

Munur á massa og þyngd

Massi er mælikvarði á efnismagn og er mældur í kg. Þyngd er mælikvarði á það hversu mikill

þyngdarkraftur verkar á hlut. Þar sem þyngd er kraftur er hún mæld í njútonum.

Þyngdarkrafturinn er 9.8 njúton á jörðinni og margföldum við því massa okkar með þyngdarkraftinum og fáum út þyngd í njútonum.

Dæmi: Hver er þyngd 80 kg. manns í njútonum? 80 kg x 9,8N = 784 N

HlíðaskóliHelga Snæbjörnsdóttir

2-1 Kraftur

Núningur: Er kraftur sem hamlar gegn hreyfingu hlutar, þ.e.

veldur því að hlutur á hreyfingu hægir á sér og stöðvast

3 megin gerðir núnings: Renninúningur (milli 2 fastra flata) Veltinúningur (á mótum veltandi hlutar og undirstöðu) Straummótstaða (milli hlutar og straumefnis, t.d. báts í

vatni eða flugvélar í lofti)

HlíðaskóliHelga Snæbjörnsdóttir

2-2 Kraftar í straumefnum

Straumefni: Vökvar Lofttegundir

Straumefni skapa krafta: Núning (straummótstaðan) Þrýsting (kraftur sem verkar á ákveðinn flöt: Newton

á fersentimetra, þ.e. N/cm2) Flotkraft (lyftikraftur sem verkar á hlut í straumefni)

HlíðaskóliHelga Snæbjörnsdóttir

Flotkraftur

Lítill kraftur verkar á efra borð hlutarins

Mikill kraftur verkar á neðra borð hlutarins og ýtir honum

upp

Kraftur (þrýstingur)

eykst með dýpi

HlíðaskóliHelga Snæbjörnsdóttir

Flotkraftur 2.

Þegar hlutur er á kafi í vatni verkar flotkraftur þannig að hann ýtir hlutnum upp, á móti þyngdarkraftinum sem dregur hlutinn niður

Stærð flotkraftsins ákveður hvort hlutur flýtur eða sekkur:flotkraftur minni en þyngd hlutarins hluturinn sekkurflotkraftur meiri en þyngd hlutarins hluturinn flýtur

HlíðaskóliHelga Snæbjörnsdóttir

Lögmál ArkímedesarFlotkraftur á hlut

=Þyngd þess

vökva sem hluturinn ryður

frá sér

Hlutur flýtur í vökva ef

eðlismassi hlutarins er

minni en eðlismassi vökvans

HlíðaskóliHelga Snæbjörnsdóttir

Lögmál Arkímedesar frh.

Eðlismassi er hlutfallið milli massa efnis og rúmmáls þess.

Eðlismassi = Massi Rúmmál

Hægt er að tengja lögmál Arkimedesar við hugtakið um eðlismassa. Hlutur flýtur í vökva ef eðlismassi hlutarins er minni en eðlismassi vökvans.

HlíðaskóliHelga Snæbjörnsdóttir

Vökvaknúin tæki

Þrýstingur sem verkar á einum stað í vökva dreifist jafnt um allan vökvann

Vökvahemlar og vökvalyftarar byggjast á því að þrýstingur verkar jafnt til allra hliða, Þess vegna getur kraftur sem verkar í lítinn flöt vökvans valdið gríðarmiklum krafti á margfalt stærri flöt.

Þrýstingur

HlíðaskóliHelga Snæbjörnsdóttir

Lögmál Bernoullis

4 ólíkir kraftar verka á flugvél á flugi:

Knýr

Þyn

gd

Ly

ftik

raft

urViðnám

HlíðaskóliHelga Snæbjörnsdóttir

Lögmál Bernoullis

Loftið fer hraðar, minni þrýstingur Þrýstingur í vökva/lofti á hreyfingu er minni en

í vökva/lofti sem hreyfist ekki. Því hraðar sem vökvi/loft streymir því minni verður þrýstingurinn sem hann skapar

HlíðaskóliHelga Snæbjörnsdóttir

Lögmál Bernoullis

Lyftikraftur (þrýstikraftur): Krafturinn sem verkar á flugvélavængi og lyftir vélunum upp Þegar flugvél flýgur í jafnri hæð er þrýstikrafturinn jafn

þyngd flugvélarinnar (kraftinum sem togar vélina niður til jarðar)

Knýr (spyrna): Kraftur sem verkar á flugvél í lofti og spyrnir henni áfram

Viðnám (loftmótstaða): Kraftur sem verkar í andstæða átt við knýinn og dregur því

úr hraða flugvélar Þyngdarkraftur

Kraftur sem togar flugvél niður

HlíðaskóliHelga Snæbjörnsdóttir

2-3Vinna, orka og afl

Vinna er notað yfir það þegar kraftur færir hlut úr stað (hluturinn er dreginn, honum ýtt eða kastað)

Vinna = kraftur x vegalengd Mælieiningin fyrir vinnu hefur 2 nöfn:

Newtonmetri (skammstafað Nm) Júl (Joule) (skammstafað J) 1 Nm = 1 J

HlíðaskóliHelga Snæbjörnsdóttir

Afl

Afl er mælikvarði á hversu hratt vinna er unnin, það er, hversu mikil vinna fer fram á tiltekna tímaeiningu

Afl = vinna = orka tími tími

Afl = kraftur x vegalengdtími

Mælieiningin fyrir afl er watt (W).1 W = 1 Júl á sekúndu = 1 J/sek

Dæmi: 60 W ljósapera skilar vinnu sem nemur 60 júlum á sekúndu

HlíðaskóliHelga Snæbjörnsdóttir

Spreytið ykkur

Helga ætlar að færa kennaraborðið um 5 metra. Það tekur hana nákvæmlega 10 sekúndur og hún þarf að nota 100N kraft til þess.

Hversu mikið afl notar hún?

Svar:_______________________________

HlíðaskóliHelga Snæbjörnsdóttir

2-4 Vélar

Vél er tæki sem léttir mönnum vinnu með því að breyta stærð eða stefnu þess krafts sem beitt er við vinnuna

Tvenns konar kraftar koma við sögu í vélum: Inntakskraftur: sá kraftur sem beitt er á vélina Skilakraftur: sá kraftur sem vélin skilar frá sér

HlíðaskóliHelga Snæbjörnsdóttir

Vélar 2.

Kraftahlutfall: skilakraftur

inntakskraftur segir til um

hversu oft vél margfaldar inntakskraftinn

inntakskraftur

skilakraftur

HlíðaskóliHelga Snæbjörnsdóttir

Vélar 3.

Vélar margfalda kraftinn, en sú vinna sem vél skilar verður aldrei meiri en sú vinna sem beitt er á vélina

Nýtni er samanburður á inntaksvinnu og úttaksvinnu:

Nýtni er aldrei meiri en 100% Núningur kemur alltaf í veg fyrir það að nýtni vélar sé 100% - nýtnin er alltaf minni

Hagkvæmustu vélarnar eru þær sem hafa besta nýtni og því er mikilvægt að minnka núning með smurningsefnum

HlíðaskóliHelga Snæbjörnsdóttir

Vélar 4.

Einfaldar vélar framkvæma vinnu með einni hreyfingu.

Samsettar vélar eru gerðar úr tveimur eða fleiri einföldum vélum

HlíðaskóliHelga Snæbjörnsdóttir

Einfaldar vélar 1.

Vogarstöng: Stöng sem snýst um

fastan punkt (vogarásinn)

vogarás

skilakraftur

inntakskraftur

HlíðaskóliHelga Snæbjörnsdóttir

Einfaldar vélar 2.

Trissa (talía): Band sem brugðið er

um hjól Verkar á tvennan hátt:

Getur breytt stefnu krafts (föst trissa)

Getur breytt stærð krafts (hreyfanleg trissa)

Föst trissa

HlíðaskóliHelga Snæbjörnsdóttir

Einfaldar vélar 3.

Hjól og ás: Hjól er kringlóttur hlutur

sem snýst um minni kringlóttan hlut, ásinn

Ef krafti er beitt á hjólið, margfaldast hann við ásinn

inntaks-kraftur

skilakraftur

HlíðaskóliHelga Snæbjörnsdóttir

Einfaldar vélar 4.

Skáborð: Skáborð er beinn, hallandi

flötur Notaður til að koma hlutum

upp á hærra svæði Hluturinn fer lengri leið, en

þá þarf líka minni inntakskraft til að koma honum upp

Maðurinn þarf að koma steininum efst í rennibrautina.

Á hann að lyfta steininum beint upp?

Eða á hann að ýta honum upp rennuna?

HlíðaskóliHelga Snæbjörnsdóttir

Einfaldar vélar 5.

Fleygur: Tveir sléttir fletir sem mætast í

hvössu horni – egginni Þegar krafti er beitt á fleyginn,

verður skilakrafturinn við eggina mikill

Við brýnum hnífa til að þynna eggina og stækka þar með kraftahlutfallið – þá þarf minni inntakskraft til að fá mikinn skilakraft

HlíðaskóliHelga Snæbjörnsdóttir

Einfaldar vélar 6.

Skrúfa: Skrúfa er í raun skáborð

sem búið er að vefja um sívalning

Skrúfa fer því í raun langa vegalengd til að auka kraftahlutfallið. Það þarf mikinn kraft til að koma skrúfunni á kaf í spýtu, en með því að notfæra sér skáborðið getum við gert þetta með handafli!