ogarniam.edu.pl
Klasa
Zacznij naukę →Zacznij →

ogarniam.edu.pl · Fizyka · Praca, moc, energia mechanicznaklasa 1 LO · fiszki i quiz: ogarniam.edu.pl/lo/1/fizyka/praca-sily-zmiennej-twierdzenie-o-pracy-i-energii/

Fizyka · Praca, moc, energia mechaniczna · kl. 1 · zakres rozszerzony

Praca siły zmiennej, twierdzenie o pracy i energii

Na rozszerzeniu siła rzadko jest stała i rzadko działa wzdłuż ruchu, więc pracę liczysz z kątem, z pola pod wykresem i z bilansu energii.

ok. 4 min czytania9 fiszek8 pytań w quizie🔊 Posłuchaj notatki

1Praca siły pod kątem

  • Oznaczenia: W – praca [J]; F – stała siła [N]; s – przemieszczenie [m]; α – kąt między siłą a przemieszczeniem.
Zapamiętaj

W = F · s · cos α. Pracę wykonuje tylko składowa F · cos α; dla α > 90° praca jest ujemna.

  • Przykład 1. Dane: sanki ciągnięte linką, F = 50 N, α = 60°, s = 20 m. Wzór: W = F · s · cos α. Obliczenia: W = 50 N · 20 m · 0,5 = 500 J. Odpowiedź: 500 J (przy α = 0° byłoby 1000 J).

2Siła zmienna i sprężyna

s [m]F [N]1234551010 J30 JW = 10 J + 30 J = 40 J
Praca siły zmiennej to pole pod wykresem F(s)
  • Gdy siła się zmienia, praca to pole pod wykresem F(s): na rysunku trójkąt 10 J + prostokąt 30 J = 40 J. Pole pod osią s oznacza pracę ujemną.
  • Oznaczenia: k – współczynnik sprężystości [N/m]; x – wydłużenie sprężyny [m]; Eps – energia potencjalna sprężystości [J].
Zapamiętaj

Siła potrzebna do rozciągania sprężyny rośnie liniowo od 0 do k · x, więc jej praca to pole trójkąta: W = Eps = k · x2 przez 2.

  • Sprężyna o k = 200 N/m rozciągnięta o 0,10 m: Eps = 200 N/m · (0,10 m)2 przez 2 = 1,0 J.
Sprawdź, czy rozumiesz

Siła 50 N ciągnie sanki pod kątem 60° do poziomu na drodze 20 m. Jaką pracę wykonuje?

3Praca a energia

  • Oznaczenia: Wwyp – praca siły wypadkowej [J]; ΔEk – zmiana energii kinetycznej [J]; vp, vk – szybkość początkowa i końcowa [m/s]; WT – praca tarcia i oporów [J]; ΔE – zmiana energii mechanicznej [J].
Zapamiętaj

Twierdzenie o pracy i energii: Wwyp = ΔEk = m · vk2 przez 2 − m · vp2 przez 2. Siły oporu zmieniają energię mechaniczną: ΔE = WT.

  • Przykład 2. Dane: samochód m = 1000 kg jedzie z v = 20 m/s i hamuje do zatrzymania stałą siłą F = 5000 N. Wzór: F · s = m · v2 przez 2 (praca hamowania = utracona Ek). Obliczenia: s = 1000 · 202 przez 2 · 5000 m = 40 m. Odpowiedź: droga hamowania wynosi 40 m.
  • Przykład 3. Dane: m = 10 kg zsuwa się z wysokości h = 5 m i na dole ma v = 8 m/s, g = 9,81 m/s². Wzór: WT = m · v2 przez 2 − m · g · h. Obliczenia: WT = 320 J − 490,5 J = −⁠170,5 J. Odpowiedź: praca tarcia ≈ −⁠171 J (tyle energii przeszło w wewnętrzną).
Uwaga na błąd

Liczenie pracy siły zmiennej jako Fkońcowa · s. Dla sprężyny brakuje wtedy czynnika 1 przez 2, bo siła rośnie od zera.

✎Ściąga: Praca siły zmiennej, twierdzenie o pracy i energii

Najważniejsze w pigułce – przeczytaj tuż przed kartkówką lub sprawdzianem.

  • W = F · s · cos α. Pracę wykonuje tylko składowa F · cos α; dla α > 90° praca jest ujemna.
  • Siła potrzebna do rozciągania sprężyny rośnie liniowo od 0 do k · x, więc jej praca to pole trójkąta: W = Eps = k · x2 przez 2.
  • Twierdzenie o pracy i energii: Wwyp = ΔEk = m · vk2 przez 2 − m · vp2 przez 2. Siły oporu zmieniają energię mechaniczną: ΔE = WT.
  • Oznaczenia: W – praca [J]; F – stała siła [N]; s – przemieszczenie [m]; α – kąt między siłą a przemieszczeniem.
  • Przykład 1. Dane: sanki ciągnięte linką, F = 50 N, α = 60°, s = 20 m. Wzór: W = F · s · cos α. Obliczenia: W = 50 N · 20 m · 0,5 = 500 J. Odpowiedź: 500 J (przy α = 0° byłoby 1000 J).
  • Oznaczenia: k – współczynnik sprężystości [N/m]; x – wydłużenie sprężyny [m]; Eps – energia potencjalna sprężystości [J].
  • Oznaczenia: Wwyp – praca siły wypadkowej [J]; ΔEk – zmiana energii kinetycznej [J]; vp, vk – szybkość początkowa i końcowa [m/s]; WT – praca tarcia i oporów [J]; ΔE – zmiana energii mechanicznej [J].
  • Przykład 2. Dane: samochód m = 1000 kg jedzie z v = 20 m/s i hamuje do zatrzymania stałą siłą F = 5000 N. Wzór: F · s = m · v2 przez 2 (praca hamowania = utracona Ek). Obliczenia: s = 1000 · 202 przez 2 · 5000 m = 40 m. Odpowiedź: droga hamowania wynosi 40 m.

?Quiz: powtórz przed kartkówką

8 pytań w stylu kartkówki i sprawdzianu. Odpowiedz w myślach, potem sprawdź odpowiedź. Rozwiąż quiz z wynikiem – każda odpowiedź ma wyjaśnienie.

  1. Siła 50 N ciągnie sanki pod kątem 60° do poziomu na drodze 20 m. Jaką pracę wykonuje?

    1. A1000 J
    2. B500 J
    3. C2000 J
    4. Dok. 866 J
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź B: 500 J – W = F · s · cos 60° = 50 N · 20 m · 0,5 = 500 J; 866 J wychodzi z sin 60° zamiast cos 60°.

  2. Pod jakim kątem do przemieszczenia działa stała siła, która nie wykonuje pracy?

    1. A0°
    2. B45°
    3. C90°
    4. D180°
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź C: 90° – cos 90° = 0, więc W = 0.

  3. Jak wyznaczysz pracę siły zmiennej z wykresu F(s)?

    1. AJako średnią z wartości na osi s
    2. BJako końcową wartość siły razy drogę
    3. CJako pole pod wykresem
    4. DJako nachylenie wykresu
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź C: Jako pole pod wykresem – Pole pod wykresem F(s) ma jednostkę N · m = J, czyli jest pracą.

  4. Siła rośnie liniowo od 0 do 10 N na drodze 2 m. Jaką pracę wykonuje?

    1. A20 J
    2. B5 J
    3. C40 J
    4. D10 J
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź D: 10 J – Pole trójkąta: ½ · 2 m · 10 N = 10 J; 20 J to błąd Fkońcowa · s.

  5. Sprężyna o k = 200 N/m jest rozciągnięta o 0,10 m. Ile energii sprężystości zgromadziła?

    1. A2,0 J
    2. B1,0 J
    3. C10 J
    4. D20 J
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź B: 1,0 J – Eps = k · x² / 2 = 200 N/m · 0,01 m² : 2 = 1,0 J.

  6. Jak zmieni się energia sprężystości, gdy wydłużenie sprężyny wzrośnie dwa razy?

    1. AWzrośnie 4 razy
    2. BWzrośnie 8 razy
    3. CNie zmieni się
    4. DWzrośnie 2 razy
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź A: Wzrośnie 4 razy – Eps jest proporcjonalna do x², więc dwa razy większe x to cztery razy większa energia.

  7. Samochód o masie 1000 kg jedzie z szybkością 20 m/s i hamuje stałą siłą 5000 N. Jaka jest droga hamowania?

    1. A40 m
    2. B20 m
    3. C80 m
    4. D4 m
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź A: 40 m – F · s = mv²/2 = 200 000 J, więc s = 200 000 J : 5000 N = 40 m; 80 m wychodzi bez ½.

  8. Co mówi twierdzenie o pracy i energii?

    1. APraca siły wypadkowej równa się zmianie energii kinetycznej
    2. BPraca siły wypadkowej jest zawsze równa zeru
    3. CPraca dowolnej siły równa się energii potencjalnej
    4. DEnergia kinetyczna ciała jest zawsze stała
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź A: Praca siły wypadkowej równa się zmianie energii kinetycznej – Wwyp = ΔEk: gdy praca wypadkowej jest dodatnia, ciało przyspiesza, a gdy ujemna – zwalnia.

Cały dział „Praca, moc, energia mechaniczna”: ściąga i próbny sprawdzian →

Kartkówka albo sprawdzian już blisko?

Rozwiąż quiz z wynikiem i powtórz materiał na fiszkach. Każda odpowiedź ma wyjaśnienie, a postęp zapisuje się bez zakładania konta.

Więcej: Fizyka, klasa 1

Badania w fizycePomiary i niepewność pomiarowaNiepewności pomiarowe i dopasowanie prostejWielkości wektorowe i skalarneAnaliza danych i wykresyNarzędzia matematyczne w fizyceRachunek wektorowy i trygonometriaPodstawowe pojęcia kinematykiPrędkośćRównanie ruchu i ruch względnyPrzyspieszenieRuch jednostajny prostoliniowyRuch prostoliniowy zmiennyRuch zmienny – wykresy a(t), zadania i przyspieszenie w ruchu krzywoliniowymRuch po okręguPrędkość kątowa i ruch po okręgu ze zmienną prędkościąRzut poziomy i rzut ukośnyDoświadczenia z kinematykiSiła i jej cechyRodzaje siłUkłady nieinercjalne i siły bezwładnościZasady dynamiki NewtonaTarcieRównia pochyła i zadania z tarciemSiła dośrodkowaDynamika ruchu po okręguDoświadczenia z dynamikiPraca mechanicznaMocEnergia mechaniczna i jej zasada zachowaniaMoc w ruchu i sprawność urządzeńPęd, zasada zachowania pędu i zderzeniaDoświadczenia: praca, moc, energiaCiśnienieSiła wyporu i prawo ArchimedesaCiśnienie całkowite, naczynia połączone i pływanie ciałDoświadczenia z hydrostatykiPrawo powszechnego ciążeniaPrzyspieszenie grawitacyjne i prawa KepleraUkład Słoneczny, Galaktyka i WszechświatPrędkości kosmiczne i ruch satelitówSatelity, nieważkość i przeciążenieBryła sztywna i moment siłyMoment bezwładności i dynamika ruchu obrotowegoEnergia kinetyczna ruchu obrotowegoPlanowanie doświadczeńPrzeprowadzanie pomiarówAnaliza wynikówWybrane doświadczenia w klasie 1Wyznaczanie przyspieszenia ziemskiego wahadłem