Diverse
Oppgave
En stein på 10 kg ligger på bakken, før vi løfter den opp 2.0 meter og slipper den.
- Bruk definisjonen for arbeid til å regne ut hvor stort arbeid vi må utføre for å løfte steinen opp 2.0 meter.
- Hvor mye energi har steinen idet vi slipper den? Gi en tolkning av denne verdien opp mot svaret du fikk i forrige oppgave. Hvor stor er energien til steinen rett før den treffer bakken?
- I skolebøkene er det mye snakk om energikilder og energikjeder. Du står foran dine elever hvor du forklarer eksemplet over ved at vi overfører energi til steinen når vi løfter den opp. Lille Ole lurer litt på hva energi egentlig er og spør:
Hva er det egentlig som blir overført? Hva består energi egentlig av? Er det flytende, eller er det mer som et pulver?
Skriv en kort faglig forklaring på dette spørsmålet.
Løsningsforslag
Oppg. a)
Arbeid er definert som \(W = Fs\), hvor \(F\) er kraften vi løfter med og \(s\) er strekningen på 2.0 m. Når vi løfter må vi motvirke tyngdekraften for at steinen skal flytte på seg. Vi må derfor løfte med en kraft som er minst like stor som tyngdekraften (teknisk sett må kraften i starten være bittelitt høyere enn tyngdekraften, men etter at steinen har begynt å bevege seg, trenger ikke kraften være større enn tyngdekraften). Dette gir oss \(F = mg\) siden dette er verdien til tyngdekraften. Arbeidet blir dermed:
\begin{align*} W = Fs &= mgs = 10 \mbox{ kg} \cdot 9.8 \mbox{ m/s}^2 \cdot 2.0 \mbox{ m} \\ &= 196 \mbox{ J} \approx 0.20 \mbox{ kJ} \end{align*}Oppg. b)
Når steinen er i en høyde på 2.0 m, har steinen potensiell energi. Denne energien er definert som arbeidet som trengs for å løfte steinen opp til denne høyden, så energien er lik arbeidet vi regnet ut i forrige oppgave, dvs. ca. 0.20 kJ. Når steinen begynner å falle, går energien gradvis over til kinetisk energi. Pga. bevaring av energi vil all potensiell energi ha gått over til kinetisk energi når steinen er rett over bakken. Steinen har da en kinetisk energi på ca. 0.20 kJ.
Oppg. c)
Det er en vanlig misoppfatning å se på energi som et stoff eller f.eks. en væske. Energi er derimot et mer abstrakt begrep som kun sier noe om hvilken tilstanden til en gjenstand. Når vi sier at vi overfører energi til steinen, så betyr det bare at vi har satt steinen i en tilstand slik at den har energi. Grunnen til at ordet "overfører" blir brukt, er fordi at vi måtte bruke arbeid for å plassere steinen i denne tilstanden. Energi er et mål for hvor mye arbeid man kan få utført, og det betyr at vi sitter igjen med mindre energi når vi har plassert steinen siden vi har utført et arbeid. Denne energien er like stor som energien til steinen, slik at det passer godt til hvordan ordet "overføre" som regel blir brukt.