34-35 / 83
34
35
Námsgagnastofnum 2015
–
07011
EÐLIS- OG STJÖRNUFRÆÐI
Lögmálið um varðveislu orkunnar
Margs konar orkubreytingar eru mögulegar. Orka getur færst á milli staða til dæmis með
geislun frá sólinni til jarðar. Orka getur einnig færst frá einum hlut til annars eins og frá
fæti yfir í fótbolta þegar sparkað er í boltann. Form orkunnar getur einnig breyst eins og
þegar efnaorka breytist í varmaorku við bruna.
Þrátt fyrir allar þessar mögulegu breytingar á orku þá breytist ekki heildarorkan í
veröldinni. Það er ekki hægt að búa til orku og heldur ekki að eyða orku. Þessi staðreynd
er eitt af mikilvægustu lögmálum eðlisfræðinnar og er það kallað
lögmálið um varðveislu
orkunnar
.
Stundum er sagt að það sé verið að eyða orku. Orka getur ekki eyðst en átt er við að
orkan breytist úr tilteknu formi þar sem auðvelt er að nota hana í eitthvert annað form
sem ekki er auðnýtanlegt. Til dæmis er orkusóun fólgin í því að hafa kveikt á ljósum
og raftækjum þegar ekki er verið að nota þau. Heildarorkan breytist ekki við þetta en
raforkan breytist í varmaorku. Raforkan er almennt auðnýtanleg og kostar peninga en
varmaorka sem felst í örlítilli hitastigshækkun heima hjá manni er lítils virði.
Orka, kraftar og vinna
Þegar kassa er lyft vex þyngdarstöðuorka hans. Orkan kemur frá þeim sem lyftir kassanum
þegar hann beitir á hann krafti. Reikna má út hve mikil þessi orka er með því að margfalda
saman kraftinn sem þarf að beita og þá vegalengd sem kassinn lyftist um.
vinna = kraftur∙vegalengd
W
=
F∙d
W
er táknið fyrir vinnu,
F
fyrir kraft og
d
fyrir vegalengd.
1.
Nefndu og útskýrðu að minnsta
kosti fjögur orkuform.
2.
Út á hvað gengur lögmálið um
varðveislu orkunnar?
3.
Hópverkefni: Hver var
heildarorkunotkun bekkjarins
í gær? Skráið alla þá orku sem
nemendur notuðu. Gætu þeir
takmarkað orkunotkun sína?
verkefni/UMRÆÐUR
Af hverju er oft talað um
mikilvægi þess að spara
orku?
Til þess að fjalla umþær orkubreytingar semkraftur veldur er í eðlisfræði notað
hugtakið
vinna
. Vinna er hugtak sem notað er í daglegu lífi en í eðlisfræði
hefur það allt aðra merkingu. Í eðlisfræði er framkvæmd vinna þegar hlutur
er færður um ákveðna vegalengd með tilteknum krafti. Ef krafturinn er í þá
stefnu sem hluturinn hreyfist má skilgreina vinnu á eftirfarandi hátt:
Eins og áður hefur komið fram er kraftur mældur í njútonum (N) í SI-
einingakerfinu og grunneiningin fyrir vegalengd er metri (m). Vinna er því
skilgreind sem einingin njúton margfölduð með vegalengdinni í metrum.
Einingunni Nm hefur síðan verið gefið nýtt heiti júl, J. Vinna er því mæld í
júlum ( J) eins og orka, enda eru þessi hugtök náskyld. Þegar við framkvæmum
vinnu á hlut þá breytum við orku hans.
Tökum dæmi. Ef kassi er 10 kg þá þarf 100 N kraft til að lyfta honum
upp um 1 m. Vinnan sem krafturinn framkvæmir er 100 N * 1 m = 100 Nm
= 100 J. Þyngdarstöðuorka kassans vex um 100 J en sá sem lyftir kassanum
hefur tapað 100 J og einhverri orku til viðbótar í varma vegna erfiðisins við að
lyfta honum. Hvað ætli þurfi mikla orku til að lyfta kassanum um 2 m?