Energia i jej przemiany - karta pracy
1. Wymień cztery omawiane przez nas rodzaje energii składające się na energię całkowitą oraz podaj główne wielkości fizyczne, od których one zależą.
2. W jaki sposób wykorzystanie węgla prowadzi do uzyskania energii elektrycznej? Podaj procesy, które zachodzą oraz wymień przemiany energii.
3. Jaką pracę wykona Marek wbiegając z 25 kg plecakiem na wzgórze o wysokości 100 m? Marek waży 70 kg. Czy wykonana praca zmieni się, jeśli Marek zamiast biec będzie szedł? Jaka jest jego moc, jeżeli czas trwania biegu wynosił 1h?
4. Samochód rozpędza się tak, że jego prędkość rośnie czterokrotnie. Jak zmieni się jego energia kinetyczna? Dlaczego?
5. Czajnik elektryczny ma moc 2 kW. Ile energii zużyje na podgrzanie 0.5 l wody, jeżeli zajmie mu to jedną minutę?
6. Jaka jest energia potencjalna skoczka narciarskiego na wysokości 10 m nad powierzchnią Ziemi? Ile razy większa jest jego energia kinetyczna od energii potencjalnej, jeżeli jego masa to 60 kg, a prędkość wynosi 20 m/s?
7. Opisz przemiany energii zachodzące w trakcie korzystania z łuku. Podaj przynajmniej jeden inny przykład zastosowania energii sprężystości.

Węgiel ulega rozdrobnieniu i spaleniu - energia cieplna
Powstałe ciepło ogrzewa, znajdującą się w instalacji, wodę - wymiana energii cieplnej
Woda paruje - powstaje para wodna
Para pod wysokim ciśnieniem wprowadza w ruch turbinę, która połączona jest z generatorem prądu - wymiana energii mechanicznej
Energia mechaniczna zostaje zamieniona przez generator prądu w energię elekryczną

3.

W = 95000 J

P ≈ 36.89 W

Dane:

m = 25 kg

M = 70 kg

h = 100 m

t = 1 h = 3600 s

Szukane:

W = ?

P = ?

Rozwiązanie:
Ponieważ jedyną wartością, jakazmieni się w opisie danego układu jest energia potencjalna, wykonana praca będzie równa zmianie tej energii:

[tex]W = E_p = mgh\\\\W = (m +M)g h = 95000 J\\[/tex]

Powstała praca nie zalezy od prędkości Marka, więc gdyby szedł zamiast biec, jej wartość nie ulegnie zmianie.

Moc jest równa ilorazowi pracy i czasu, w którym zostaje ona wykonana, dlatego:

[tex]P = \frac{W}{t} = 26,3888... W[/tex]

4.

Energia kinetyczna wzrośnie 16-krotnie

Dane:

4v₁ = v₂

Szukane:

ΔEk = ?

Rozwiązanie:
Energia kinetyczna jest wprost proporcjonalna do zmiany kwadratów prędkości danego ciała, więc:

[tex]E_k = \frac{mv^2}{2}\\ \\E_k_1 = \frac{mv_1^2}{2}\\E_k_2 = \frac{m16v_1^2}{2} = 8mv_1^2\\\\\frac{E_k_1}{E_k_2} = \frac{1}{16}[/tex]

5.

W = 120000 J

Dane:

P = 2 kW = 2000 W

V = 0,5 l = 0,0005 m³

t = 1 min = 60 s[tex]W = Pt =120000 J[/tex]

Szukane:

E = ?

Rozwiązanie:

Energia potrzebna do podgrzania będzie równa pracy, jaką wykona w podanym czasie:

[tex]W = Pt =120000 J[/tex]

6.

Ep = 6000 J

Ek/Ep = 20

Dane:

h = 10 m

m = 60 kg

v = 20 m/s

Szukane:

Ep = ?

Ek/Ep = ?

Rozwiązanie:
Skorzystajmy ze wzorów na energię potencjalną i energię kinetyczną:

[tex]E_p = mgh = 6000 J\\\\E_k = \frac{mv^2}{2} = 120000 J \\\\\frac{E_k}{E_p} = 20[/tex]

7.

Przemiany energii zachodzące w trakcie korzystania z łuku

Przemiana energii potencjalnej w sprężysotości - naciągnięcie liny łuku

Przemiana energii potencjalnej w kinetyczną - po wprowadzeniu strzały w ruch

Przemiana energii sprężystości w kinetyczną - po puszczeniu naciągniętej linki

Wykorzystanie energii spręzystości wokół nas

Sprężyny w materacach
Membrany instrumentów perkusyjnych
Spręzyny stabnilizujące w klamkach
Podeszwy w butach