1. Energia

Energialajit

Energia voi esiintyä eri muodoissa

• Vapaana
  • Auringon säteilyenergia
  • Lämpöenergia
  • liike-energia
    
    
• Sidottuna (varastoituna)
  • kemiallinen energia (varastoituneena kemiallisiin sidoksiin)
  • ydinenergia (atomin ytimeen varastoitunut energia, muista E=mc²!)
  • potentiaalienergia

• Energian säilymislaki: Energia voi muuttua muodosta toiseen, mutta ei hävitä!

  Lämmön säilymislaki: Lämpö siirtyy aina kuumemmasta kylmempään (lämpö on energiaa, joten se ei voi hävitä!)

Tehtävä 10. Perehdy yhteen vapaaseen tai sidottuun energian muotoon (tee infoesite).

• Sidottu energia on kappaleeseen varastoitunutta energiaa eli kemiallista energiaa (aineen rakenteeseen varastoitunutta energiaa, esim. ruoka) tai potentiaalienergiaa (esim. viritetty jousi tai maanpinnan tasolta nostettu kappale).
• Vapaata energiaa ovat liike-energia, lämpöenergia, valoenergia ja sähköenergia.

Potentiaalienergia : E_p = mgh, yksikkö on joule (J)
m=massa (kg) h=korkeus (m) g=putoamiskiihtyvyys m/s²
g= 9,81 m/s²
Potentiaalienergian yksikkö on (E_p ) = (m)(g)(h)=kg x m/s² x m =kgm/s² =joule =J
Liike-energia: E_k = 1/2mv² , yksikkö on joule (J)
Liike-energian yksikkö on (m)(v)² = kg x (m/s)² = kgm² /s² =joule =J

Katso video:

https://youtu.be/QXNSV1jSCIA

Tehtävä 11. 1000 gramman punnus nostetaan 1 metrin korkeudelle. Kuinka paljon punnuksen potentiaalienergia lisääntyy?
(tämä energia kuluu ihmisen elimistössä noston aikana)

Tehtävä 12. Kaverukset ajoivat autolla (massa 950 kg) 100 km/h nopeudella. Kuinka suuri liike-energia autolla oli? Muista muuntaa nopeus m/s.

Törmäys nopeudella 50 km/h vastaa pudotusta 10 m korkeudelta!!!

Tehtävä 13. Kerro esimerkein potentiaali- ja liike-energiasta.

Esimerkkejä potentiaalienergiasta:

1. Vesivoimalaitokset: Vesivoimalaitosten säiliöissä varastoidulla vedellä on gravitaatiopotentiaalienergiaa, joka muuttuu sähköenergiaksi.
2. Jouset: Jouset varastoivat elastista potentiaalienergiaa, kun niitä puristetaan tai venytetään.
3. Akut: Akut varastoivat kemiallista potentiaalienergiaa, joka voidaan muuntaa sähköenergiaksi.
4. Ruoka: Ruoka sisältää potentiaalista energiaa, joka vapautuu ruoansulatuksen aikana ja tuottaa energiaa keholle.
5. Polttoaineet: Polttoaineet, kuten bensiini ja diesel, varastoivat potentiaalienergiaa, joka muuttuu moottorissa liike-energiaksi.
6. Magneetit: Magneetit varastoivat magneettista potentiaalienergiaa, jota voidaan käyttää sähkömoottoreissa.
7. Jousi ja nuoli: Jousijänne varastoi elastista potentiaalienergiaa, joka vapautuu, kun nuoli ammutaan.
8. Vaa'at: Vaa'at varastoivat gravitaatiopotentiaalienergiaa, joka vapautuu, kun esinettä nostetaan.
9. Vedettävät kellot: Vedettävät kellot varastoivat jousiinsa elastista potentiaalienergiaa, joka vapautuu viisarien liikuttamiseksi.
10. Säilykkeet: Suolakurkku varastoi kemiallista potentiaalienergiaa, joka voi vapautua kypsennyksen aikana.
11. Ritsat: Ritsat varastoivat elastista potentiaalienergiaa, joka vapautuu, kun kivi heitetään.
12. Puut: Puut varastoivat korkeuteensa painovoimapotentiaalienergiaa, joka voidaan muuntaa rakentamiseen soveltuvaksi puutavaraksi.
13. Vedettävät lelut: Vedettävät lelut varastoivat jousiinsa elastista potentiaalienergiaa, joka vapautuu lelun liikuttamiseksi.
14. Vedenkäsittelylaitos: Vedenkäsittelysäiliöihin varastoidulla vedellä on potentiaalienergiaa, joka muunnetaan sähköenergiaksi pumppaamista varten.
15. Katapultit: Katapultit varastoivat elastista potentiaalienergiaa, joka vapautuu, kun ammus laukaistaan.
16. Tikapuut: Portaikko varastoi gravitaatiopotentiaalienergiaa, joka vapautuu, kun joku kiipeää portaita.
17. Kattotuulettimet: Kattotuulettimet varastoivat sähköistä potentiaalienergiaa, joka muunnetaan kineettiseksi energiaksi lapojen liikuttamiseksi.
18. Heilurikellot: Heilurikellot varastoivat gravitaatiopotentiaalienergiaa, joka vapautuu heilurin liikkeen ylläpitämiseksi.
19. Trampoliinit: Trampoliinit varastoivat elastista potentiaalienergiaa, joka vapautuu, kun joku hyppää niille.
20. Aurinkoenergialla toimivat laturit: Aurinkolatauslaitteet varastoivat auringon potentiaalienergiaa, joka muunnetaan sähköenergiaksi elektronisten laitteiden lataamista varten.

Esimerkkejä kineettisestä energiasta:

1. Liikkuva auto: Kun auto liikkuu, sillä on kineettistä energiaa nopeutensa ja massansa vuoksi. Tämä energia on välttämätöntä ajoneuvon liikkeelle.

2. Heiluri liikkeessä: Liikkuvalla heilurilla on liike-energiaa, joka muuttuu potentiaalienergiaksi sen liikkuessa ylöspäin.

3. Jalkapalloa potkaistaan: Kun jalkapalloa potkaistaan, se saa liike-energiaa, joka saa sen liikkumaan kohti maalia.

4. Lentokone nousemassa ilmaan: Lentoonlähdön aikana lentokone saa kineettistä energiaa, kun se lisää nopeutta kiitotiellä.

5. Juokseva henkilö: Kun ihminen juoksee, hänellä on kineettistä energiaa nopean liikkumisensa ansiosta.

6. Newtonin heiluri: Newtonin heiluri on lelu, joka havainnollistaa kineettisen ja potentiaalienergian säilymistä.

7. Rullalauta alas ramppia: Ramppia alas laskevalla rullalaudalla on liike-energiaa nopeudensa ja liikkuvan massansa vuoksi.

8. Liikkuva juna: Liikkuvalla junalla on liike-energiaa, joka on välttämätöntä sen liikkumiselle raiteilla.

9. Polkupyörä liikkeessä: Kun joku polkee polkupyörää, sillä on liike-energiaa, joka työntää sitä eteenpäin.

10. Lattialle putoava matkapuhelin: Kun matkapuhelin putoaa maahan, sillä on liike-energiaa, joka haihtuu törmäyksen vaikutuksesta.

Newtonin ensimmäinen laki (jatkavuuden laki): ”Jos kappaleeseen ei vaikuta mitään ulkoista voimaa, kappale jatkaa tasaista, suoraviivaista liikettä tai pysyy levossa.”

Newtonin toinen laki eli dynamiikan peruslaki sekä kokonaisvoiman käsite

Kappaleeseen vaikuttavan voiman suuruus on kappaleen massan ja kappaleen kiihtyvyyden tulo

Newtonin kolmas laki eli voiman ja vastavoiman laki

Kahden kappaleen välinen vuorovaikutus aiheuttaa kappaleisiin yhtä suuret vastakkaissuuntaiset voimat, jotka ovat toistensa vastavoimia.

 

Opetus-TV videot 1,2,3 https://opetus.tv/fysiikka/fy1/newtonin-lait/

2. Voima ja teho

Voiman tekemä työ = voiman ja matkan tulo
Voima: W=Fs, W=työ (J), F=voima (N), s=matka (m)

Paino (eli siis painovoima) lasketaan kaavalla
G=m⋅g​

esim. 1: Henkilön massa on 70 kg kuinka suuri paino häneen kohdistuu? (eli kuinka suurella voimalla maa vetää häntä puoleensa?)

• • G=mg=70kg⋅10m/s2=700N​
  • yksikkö newton on sovittu olevan sama asia kuin kg⋅m/s2​ koska se on helpompi kirjoittaa

Fysiikassa työtä tehdään, kun kappaletta siirretään paikasta toiseen.

Teho =työ/työhön kulutettu aika
P=W/t, P=teho (W), W=työ (J), t=aika (s)
1 kWh = 3600 kJ = 3,6 MJ

Tehtävä 14. (kotitehtävä)

• Määritä tekemäsi nostotyö ja teho portaita ylösnoustessa.
• Voit tehdä tutkimuksen haluamallasi tavalla (esim.matka alhaalta ylös)
• Mitä tietoja tarvitset?
• Tee tuloksista vihkoon siisti yhteenveto (laskut & tulokset!)