Mekaaninen energia voimatarinoita mrahikka@hyl.edu.hel.fi

Voima ja aika Jos voima vaikuttaa ajan ∆t, niin eli kappaleen liikemäärä muuttuu F∆t:n verran. F∆t on voiman impulssi. mrahikka@hyl.edu.hel.fi

Työ Jos voima F vaikuttaa kappaleeseen matkan s, niin sanotaan, että voima on tehnyt työn W, jonka suuruus W = Fs. Matka lasketaan voiman suunnassa! Työ voi olla kappaleen nopeutta kasvattavaa tai hidastavaa. Huomaa, että ympyräradalla keskipistettä kohden suuntautuva voima ei tee työtä. mrahikka@hyl.edu.hel.fi

työesimerkki Vedän 2,0 kg kappaletta 15,0 s:n ajan 35 N:n voimalla, jolloin kappale liikkuu 0,3 m voiman suunnassa. Teen tällöin työn W=Fs = 35 N ·0,3 m = 10,5 Nm ≈ 10 J. Huomaa! Työ ei riippunut kappaleen massasta eikä ajasta! mrahikka@hyl.edu.hel.fi

Potentiaalienergia Nostan 1,0 kg:n kappaletta 1,0 m ylöspäin. Teen työn Fs = mgh = 1,0 kg·9,81 m/s2·1 m = 9,82 kgm2/s2 ≈ 9,8 J. Potentiaalienergia lasketaan pystysuunnassa. F=mg h mrahikka@hyl.edu.hel.fi

Liike-energia Kappale, jonka massa on 2,0 kg on levossa liukkaalla alustalla. Vedän sitä 0,3 m 35N:n voimalla. Loppunopeus saadaan liike-energian avulla: mrahikka@hyl.edu.hel.fi

Mekaaninen energia säilyy toisinaan Kappale heitetään ylöspäin 5,0 m/s nopeudella. Kuinka korkealle kappale nousee. Valitaan heittokohta potentiaalienergian nollatasoksi. Ylhäällä v = 0. h v0=5,0m/s 0-taso mrahikka@hyl.edu.hel.fi

Energian säilymislaki Eristetyn systeemin kokonaisenergia on vakio, eli Ealku = Eloppu Energia alussa + kappaleelle annettu energia = Energia lopussa + kappaleen kuluttama energia Jos pyörimisenergiaa ei oteta huomioon, niin mekaanisen energian säilymislaki voidaan esittää muodossa: Wtuotu on usein esimerkiksi moottorin tuottamaa energiaa ja Wtehty kuluu liikettä vastustavien voimien tekemään työhön. mrahikka@hyl.edu.hel.fi

Autoesimerkki Auton massa on 570 kg ja sen alkunopeus mäen alla on 54 km/h. Autoon kohdistuu tien suunnassa 850 N:n suuruinen vakiovoima eteenpäin. Auto nousee 17 m korkean mäen päälle, jolloin sen nopeus on 52 km/h. Laske liikettä vastustavien voimien tekemä työ ja niiden keskimääräinen suuruus, kun mäen pituus on 150 m. mrahikka@hyl.edu.hel.fi

Ratkaisu m = 570 kg, v1 = (54/3,6) m/s, F = 850 N, v2 = (52/3,6) m/s, h = 17 m, s = 150 m. mrahikka@hyl.edu.hel.fi

Energian säilymislaki periaate mrahikka@hyl.edu.hel.fi

Systeemit aine energia Eristetty, ei vuorovaikutuksia ympäristön kanssa. Esim. termospullo. Suljettu, energia siirtyy systeemiin ja tai systeemistä. Esim. hehkulamppu, telkkari (no hyvä on, siirtyyhän sinne jäähdytysilmaa). Avoin, ainetta ja energiaa siirtyy. Esim. polttomoottori. mrahikka@hyl.edu.hel.fi