Kraftur og hreyfing 2. kafli Kraftur og vinna

1. Kraftur og hreyfing2. kafli Kraftur og vinna 10.N2

2. Pýramídi og Sphinx

3. Keops píramídinn í Giza 137 m.

4. Bygging píramída • Hvernig fóru Egyptar að því að flytja risavaxna steina langa vegu að byggingastað píramídanna? • Hvað notuðu þeir til að höggva steinana? • Hvernig gátu þeir lyft um 2ja tonna steinblokkum á sinn stað í píramídanum?

5. Bygging pýramída • http://www.eternalegypt.org • www.ancientegypt.co.uk/pyramids/explore/main.html

6. Forn Egyptar notuðu við byggingu píramídanna þrjár einfaldar vélar: • Fleyg – meitil • Skáborð - sneiðing • Vogarstangir

7. Shaduf – áveitukerfi í Egyptalandi

8. Vatn flutt upp á við

9. 2-1 Kraftur bls. 30-35. • Kraftur er áhrif sem verka á hlut þannig að hann tekur að hreyfast, stöðvast eða breytir hraða sínum. Dæmi: opna og loka hurð eða hindra að hún sé opnuð. • Kraftur er mældur í njútonum [N]. Einingin sem stendur á bak við njúton er (kg m/sek2). • 1 Newton er sá kraftur sem þarf til að gefa hlut með massann 1 kg hröðunina 1 m/sek2. Hröðun er hraðabreyting hlutar á tímaeiningu; breyting á hraða deilt með tíma.

10. 2-1 Kraftur bls. 30-35. • Kraftur = massi hlutarins sinnum hröðun hans.(kraftur = massi · hröðun) • Gormavog er oft notuð til að mæla kraft. • Þyngd er mælikvarði á það hversu mikill þyngdarkraftur verkar á hlut. • Þyngd er kraftur og því er hún mæld í Newtonum [N].

11. Hver er munurinn á massa og þyngd? Massi er mælikvarði á efnismagn hlutar en þyngd segir til um hve mikill þyngdarkraftur verkar á hlutinn. Massinn breytist ekki en þyngdin getur breyst.

12. 2-1 Kraftur bls. 30-35. • Samlagning krafta Kraftur hefur bæði stærð og stefnu. Til að tákna krafta notum við örvar (vektora) sem sýna bæði stærð og stefnu. Mynd 2-4.

13. 2-1 Kraftur bls. 30-35. • Núningur er kraftur sem spornar gegn hreyfingu; mótstöðukraftur.

14. 2-1 Kraftur bls. 30-35 • Renninúningur Þegar fastir hlutir renna hver yfir annan verkar renninúningur milli yfirborðs þeirra. Stærðin fer eftir þyngd hlutarins og áferð snertiflatanna.

15. 2-1 Kraftur bls. 30-35 • Veltinúningur Kraftur sem verkar í snertipunkti á hlut sem veltur eftir fleti og veldur því meðal annars að hann rennur ekki.

16. 2-1 Kraftur bls. 30-35 • Straummótstaða Þegar hlutur hreyfist gegnum eða eftir straumefni verkar kraftur á hlutinn, sem kallast straummótstaða. • Allir vökvar og lofttegundir eru straumefni.

17. 2-1 Kraftur bls. 30-35 • Smurefni eru hál og sleip efni; smurfeiti og smurolíur, koma í veg fyrir renninúning og valda lítilli straummótstöðu.

20. Upprifjun 2-1 bls. 35 1. Hvað er kraftur? Kraftur ýtir á hlut eða togar í hann. 2. Hver er eining SI-kerfisins fyrir kraft? Njúton [N]. 3. Nefndu þrenns konar núning. Renninúningur, veltinúningur og straummótstaða.

21. 2-2 Kraftur í straumefnum bls.35-43 • Á alla hluti verka kraftar sem eru fyrir hendi í öllum straumefnum (vökvar og lofttegundir). Straumefni valda núningskröftum og þrýstingi. • Þrýstingurer kraftur af völdum straumefnis sem verkar á tiltekið svæði. • Þrýstingur = kraftur / flatarmáli. • Hentug mælieining fyrir þrýsting er [N/cm2] en [N/m2] er eining SI-kerfisins.

22. 2-2 Kraftur í straumefnum frh • Flotkraftur Er lyftikraftur sem verkar upp á við á hlut í straumefnum. Þrýstingur eykst með aukinni dýpt. (Þess vegna er léttara að lyfta hlut ofan í vatni en uppi á landi)

23. 2-2 Kraftur í straumefnum frh. • Grískur vísindamaður Arkimedes uppgötvaði fyrir um 2200 árum að sérhver hlutur sem settur er í vatn ryður frá sér ákveðnu rúmmáli af vatni. Þyngd hlutarins sem sökkt er í vökvann, minnkar um þyngd þess vökva sem hann ryður frá sér. • Þetta er kallað lögmál Arkímedesar.

24. Arkimedes http://www.fva.is/~bgk/st513/2003h/h1/myndir/arkimetes.swf

25. 2-2 Kraftur í straumefnum frh • Eðlismassi er hlutfallið milli massa efnisins og rúmmál þess. • Eðlismassi = massi / rúmmáli E = m / R • Við getum því tengt lögmál Arkimedesar við hugtakið um eðlismassa: Hlutur flýtur í vökva ef eðlismassi hlutarins er minni en eðlismassi vökvans.

26. 2-2 Kraftur í straumefnum frh • Vökvaknúin tæki Þrýstingur sem verkar á einum stað í vökvanum dreifist jafnt um allan vökvann.

27. 2-2 Kraftur í straumefnum frh • Vökvahemlar og vökvalyftarar byggjast á því að þrýstingur verkar jafnt til allra hliða. • Krafturinn sem verkar á lítinn flöt vökvans veldur gríðarmiklum krafti á margfalt stærri flöt. • Mynd 2-13.

28. 2-2 Kraftur í straumefnum frh • Lögmál Bernoullis Þrýstingur í vökva á hreyfingu er minni en vökva sem hreyfist ekki. Hann komst að þeirri niðurstöðu að því hraðar sem vökvi streymir því minni verður þrýstingurinn sem hann skapar. Úðadæla byggist á lögmáli Bernoullis.

29. 2-2 Kraftur í straumefnum frh • Lögmál Bernoullis lýsir þrýstingi í loftstreymi Loft sem streymir hratt skapar minni þrýsting en loft sem fer hægar og þess vegna er minni þrýstingur fyrir ofan flugvélarvæng en fyrir neðan hann. Mynd 2-16.

30. 2-2 Kraftur í straumefnum frh • Lögmál Bernoullis lýsir þrýstingi í loftstreymi Skoðið mynd 2-18 vel og lesið textann.

32. Upprifjun 2-2 bls 43 1. Hvað nefnist sá kraftur sem verkar upp á við í straumefnum? Flotkraftur. 2. Lýstu lögmáli Arkimedesar út frá flotkrafti og út frá eðlismassa. Flotkraftur sem verkar á hlut er jafn þyngd þess vökva sem viðkomandi hlutur ryður frá sér. Hlutur flýtur í vökva ef eðlismassi hlutarins er minni en eðlismassi vökvans og öfugt.

33. Upprifjun 2-2 bls 43 3. Nefndu þrenns konar krafta sem koma við sögu í flugi flugvéla. Lyftikraftur, knýr og viðnám.

34. Upprifjun úr 2-1 og 2-2 • Kraftur • Þyngd • Njúton • Gormvog • Núningur • Renninúningur • Veltinúningur • Straummótstaða • Smurefni • Þrýstingur • Flotkraftur • Lögmál Arkimedesar • Eðlismassi • Lögmál Bernoullis • Lyftikraftur • Knýr (spyrna) • Viðnám

35. Upprifjun úr 2-1 og 2-2 • Kraftur: áhrif sem verka á hlut þannig að hann tekur að hreyfast eða breytir hraða sínum. • Þyngd: mælikvarði á það hversu mikill þyngdarkraftur verkar á hlut. • Njúton: eining SI-kerfisins fyrir kraft (N) • Gormvog: tæki notað til að mæla kraft. • Núningur: kraftur sem hamlar gegn hreyfingu hlutar og stafar frá efninu kringum hann.

36. Upprifjun úr 2-1 og 2-2 • Renninúningur: núningur sem skapast þegar fastir hlutir renna hver yfir annan. • Veltinúningur: kraftur sem verkar í snertipunktinum á hlut sem veltur og veldur því meðal annars að hann rennur ekki. • Straummótstaða: kraftur sem verkar gegn hreyfingu hlutar í straumefni. • Smurefni: hált og sleipt efni sem dregur úr núningi milli hluta sem snertast.

37. Upprifjun úr 2-1 og 2-2 • Þrýstingur: kraftur af völdum straumefnis sem verkar á tiltekinn flöt. • Flotkraftur: lyftikraftur sem verkar á hlut í straumefni. • Lögmál Arkimedesar: felur í sér að þyngd hlutar sem sökkt er í vökva minnkar sem nemur þyngd þess vökva sem hann ryður frá sér. • Eðlismassi: mælikvarði á massa ákveðins rúmmáls af tilteknu efni.

38. Upprifjun úr 2-1 og 2-2 • Lögmál Bernoullis: felur í sér að þrýstingur í vökva á hreyfingu er minni en í vökva sem hreyfist ekki. • Lyftikraftur: kraftur sem verkar frá lofti á vængi flugvélar og ýtir þeim upp. • Knýr (spyrna): kraftur sem verkar á flugvél í lofti og spyrnir henni áfram. • Viðnám: kraftur sem verkar gegn knýnum (spyrnunni).

39. Verkleg æfing 1. Þrýstingur í vökva

40. Verkleg æfing 1. Þrýstingur í vökva

41. Verkleg æfing 1. Þrýstingur í vökva Nei Þrýstingur sem verkar frá vatninu á neðra borð loksins og lyftir því upp er meiri en sá þrýstingur sem verkar ofan á það. Af því að ekkert vatn er í hólknum er ekki um neinn vatnsþrýsting að ræða þar. Þrýstingurinn er ekki jafn á allar hliðar hlutarins vegna þess að ein hlið hans er ekki í snertingu við vatnið. 5. Lokið sekkur til botns þegar vatnið nær jafn hátt inni í hólknum og utan hans.

42. 2-3 Vinna, orka og afl • Vinnaer orkubreyting sem verður þegar hlutur færist úr stað fyrir tilstilli krafts. • Sú vinna sem unnin er þegar hlutur er færður er margfeldið af kraftinum sem beitt er við færslu hlutarins og vegalengdinni. • Vinna = kraftur • vegalengd Eining vinnu Newtonmetri [Nm] eða Joule (júl) [J]. 1 Nm = 1 J • Orka er forsenda þess að vinna sé unnin. Orka er hæfileikinn til að framkvæma vinnu.

43. 2-3 Vinna, orka og afl frh. • Afler mælikvarði á hversu hratt vinna er unnin, það er hversu mikil vinna fer fram á tímaeiningu. Afl = vinna / tími = orka / tími Afl = kraftur • vegalengd / tími

44. 2-3 Vinna, orka og afl frh. • Eining fyrir afl er vinna (orka) deilt með tímaeiningu eða júl á sekúndu. Þessi eining er kölluð watt, W. • Eitt watt jafngildir einu júli á sekúndu, • 1 watt = 1 júl / sek

45. Upprifjun 2-3 bls 46 1. Hvað er vinna? Hvernig er hún reiknuð? Vinna er margfeldi af krafti sinnum vegalengd. Vinna = kraftur • vegalengd. 2. Hvað er orka? Orka er hæfileikinn til þess að framkvæma vinnu. 3. Hvað er afl? Afl er mælikvarðinn á það hversu hratt vinna er unnin. Afl =kraftur • vegalengd/tíma

46. 2-4 Vélar • Vél er tæki sem auðveldar mönnum vinnu, breytir stærð krafts eða stefnu hans • Gagnsemi véla Vélar létta mönnum vinnu vegna þess að þær breyta stærð eða stefnu þess krafts sem beitt er við vinnuna. • Þegar vél er notuð þá verka alltaf tveir kraftar: • Inntakskraftur er sá kraftur sem beitt er á vélina, en skilakraftur krafturinn sem hún skilar.

47. 2. kafli Kraftur og vinna2-4 Vélar Þegar vél er notuð þarf vinnu til þess að vélin geti framkvæmt vinnu: Inntaksvinna er vinna sem lögð er til vélar. Úttaksvinna er vinna sem vélin skilar.

48. 2. kafli Kraftur og vinna2-4 Vélar Kraftahlutfall Hugtakið kraftahlutfall segir til um hversu oft vél margfaldar inntakskraftinn. Kraftahlutfall vélar er hlutfallið milli skilakrafts og inntakskrafts. Kraftahlutfall = skilakraftur / inntakskraft. Vél getur aðeins margfaldað kraften ekki vinnu eða orku.

49. 2. kafli Kraftur og vinna2-4 Vélar Sú vinna sem vél skilar getur ekki orðið meiri en sú orka sem vél tekur til sín. Nýtni Þegar úttaksvinna er borin saman við inntaksvinnu fæst nýtni vélar. Nýtni = úttaksvinna / inntaksvinnu Nýtni er metin í prósentum. Núningur á sér stað í öllum vélum.

50. 2. kafli Kraftur og vinna2-4 Vélar Einfaldar vélar skiptast í sex megingerðir: Vogarstöng Trissa Hjól og ás Skáflötur (skáborð) Fleygur Skrúfa