5. Arbete och effekt
Centralt innehåll
Kapitlet handlar om:
● fysikaliskt arbete och dess olika former
● effekten som ett mått på hur snabbt ett arbete görs
● vad vi avser med verkningsgrad.
Undervisningstips och tilläggsinformation
I boken finns rutor som förklarar formler för uträkningar inom fysiken. I början av lärarmaterialet till kapitel 1 finns ett dokument med bokens alla formler samlade. I dokumentet finns även några tilläggsuppgifter att räkna.
s. 111 Koka vatten effektivt
Troligtvis skiljer sig tiden det tar att värma upp vattnet i vattenkokare från den tid det tar att värma vattnet i en kastrull. I vattenkokaren har värmeelementet direkt kontakt med vattnet. Öppna vattenkokaren och se hur den är konstruerad inuti. När vattnet värms i en kastrull går energi åt till att värma både vatten och kastrull. Om kastrullen står på en induktionsspis värms kastrullen direkt. På en spis med värmeplatta ska först plattan värmas, sen kastrullen för att vattnet ska bli varmt.
På varje vattenkokare finns uppgifter hur stor effekt kokaren har. Du kan hitta spisplattans effekt genom att leta på internet eller i instruktionsboken. I detta fall är det inte det som är viktigast. Det viktiga är att märka att det kan ta olika lång tid att värma samma mängd vatten. Den metod som värmer vattnet fortast är effektivast, och det är just effekten detta kapitel kommer att handla om.
Diskutera gärna vidare. Tar det lika lång tid om vi värmer vattnet i två olika vattenkokare? Skiljer sig uppvärmningstiden mellan en lätt kastrull och en tung kastrull? Vi talar ofta om tjockbottnade kastruller. Hur fungerar uppvärmningen i dem jämfört med en kastrull som bara har tunn botten?
s. 115 Lyftarbete
Diskutera hur resultatet kan variera ifall man mäter hur högt fötterna, huvudet eller midjan lyfts under hoppet. Vilken punkt på kroppen ger det riktigaste resultatet? Hur ska man ställa sig för att man lättast ska kunna avläsa resultatet efter hoppet? Massmedelpunkten innebär den del av kroppen kring vilken finns lika mycket massa på alla sidor, i detta fall alltså midjan.
s. 117 Vilket arbete är jobbigast?
Detta experiment leder in diskussionen på hur ett arbete som kräver mindre kraft ändå kan vara större.
Håll dynamometern i samma riktning som underlaget när ni drar föremålet längs golvet. Här kan resultatet variera beroende på friktionen mellan golvet och föremålet som dras. Troligtvis krävs det mindre kraft att få föremålet att röra sig längs golvet än att lyfta föremålet, men när sträckan som föremålet ska dras är längre blir arbetet som utförs större. Det är inte säkert att eleverna är helt överens om vilket arbete som är jobbigast, men de har nu verktyg för att argumentera.
Till sist kan du be eleverna fundera på hur det skulle vara om de hade en större låda. Då kan det hända att det är så tungt att få lådan att flytta sig längs golvet att det enda alternativet är att dra eller knuffa den. Då finns kanske inte alls alternativet att lyfta.
Lägg fokus på att diskutera och resonera. Något rätt, entydigt, svar finns inte.
s. 120 Mät din effekt
Att lyfta en bok i taget är knappast effektivt. Effekten är alltså låg i det fallet. Effekten på arbetet ökar med antalet böcker som lyfts på samma gång. Diskutera gärna ifall det finns någon gräns för antalet böcker som lyfts på samma gång över vilken effekten avtar. Orkar man inte lyfta den bokhög man staplat upp åt sig blir inget jobb utfört och effekten är lika med noll, som om man inte lyfter någon bok alls.
s. 122 Praktiskt test i en vattenkokare
I detta experiment är det viktigt att känna till vattenkokarens effekt. Vanligtvis uppges inte en exakt effekt utan en nedre och en övre effekt. Räkna med den övre effekten i detta experiment.
I senaste experiment dividerade vi arbetet med tiden för att få fram effekten. Nu multiplicerar vi effekten med tiden för att få fram arbetet. Vattenkokarens effekt, anges i kW), multipliceras med tiden, angiven i sekunder, och vi får enheten kWs, vilket är detsamma som kJ,
eftersom 1 W = 1 J/s. Jämför gärna med enheten kWh för elförbrukning.
Att värma 31 kg vatten 90° kräver alltid 377 kJ, eller 377 kWs energi. Därför anges det som nyttoenergi i detta experiment. Den mängd energi som därutöver tillförs går åt till annat. I detta fall värms också själva kokaren upp och en del värme går också ut i rummet.
Bildanalysfrågor
Här finns frågor som förslag till ganska fri bildanalys. Du kan använda frågeorden på pärmen, välja bland frågorna här under eller formulera helt egna frågor och funderingar.
s. 110 Inledningsbilden
Vad har alla personer på bilden gemensamt?
Vem är mest effektiv?
Vem är minst effektiv?
Vad borde vi veta för att avgöra om roddaren eller löparen är mer effektiv?
Vilka risker finns det med de olika träningsvariationerna?
Vilket träningssystem gillar du bäst?
En del träningsmaskiner på gym visar effekten som uppnås. Har någon elev erfarenheter av sådan maskin?
Behöver man träna i gym för att träna effektivt?
Kan vi uppnå träningseffekt genom att göra vardagligt arbete?
Fundera ut aktiviteter utanför gymmet som liknar och motsvarar aktiviteterna på bilden.
s. 113 båda bilderna
Vilken bild känns mest välbekant för dig?
Hur känner du dig efter att ha jobbat som på de två bilderna en längre tid?
Vilken bild gör dig mera trött?
Är det skillnad på att vara trött i hjärnan och att vara trött i kroppen?
Efter vilket jobb sover du bättre?
Vilken av bilderna visar bättre det jobb du kommer att ha i framtiden, tror du?
s. 116 Lådbilden
Vad händer på bilden?
Skulle något ändra om bilden var tagen ute på isen?
Skulle något ändra om bilden var tagen ute på grusbanan?
Vad påverkar hur bra skuffandet går?
Hur skulle du konstruera lådan för att allt ska gå så smidigt som möjligt?
Facit till räkneuppgifter
s. 116
arbete = kraften ⋅ sträckan
hundens arbete: 50 N ⋅ 3 000 m = 150 000 Nm = 150 000 J = 150 kJ
s. 119
effekt = arbete / tiden. Pumpens effekt: 12 000 J/3 s = 4 000W = 4 kW
Facit till uppgifter på sidorna 126–127
1.
A) Exempel på svar: Ett mekaniskt arbete görs till exempel då personen lyfter skivstången. I fläkten omvandlas elektrisk energi till rörelseenergi. I tv:n omvandlas elektrisk energi till ljus, ljud och värme.
2.
A) Mekaniskt arbete utförs av en kraft F under en sträcka s. Det är viktigt att det är ett föremål som rör sig i en viss riktning och att det är en kraft som flyttar föremålet i den riktningen. Då utför kraften ett arbete.
B) Effekt anger hur snabbt ett arbete utförs alternativt hur snabbt energi omvandlas.
C) Verkningsgraden hos en apparat anger hur mycket av den tillförda energin apparaten omvandlar till nyttoenergi. Den tillförda energin kan till exempel vara bränsle eller elektrisk ström och nyttoenergin kan vara till exempel rörelseenergi hos en bil, eller ljusenergi hos en lampa.
3.
Lyftarbete = m ⋅ g ⋅ h
massan, m = 30 kg
g = 10 m/s²
höjden, h = 0,5 m
Lyftarbetet är då 30 kg ⋅ 10 m/s² ⋅ 0,5 m = 150 J
4.
Effekten = W/t
Arbete, W = N ⋅ m = 10 N ⋅ 2 m = 20 Nm = 20 J
t = 2 s
effekten = 20 J / 2 s = 10 J/s = 10 W
Ordförklaringar
● Effekt
● Fysikaliskt arbete
● Verkningsgrad
Pdf-dokument att skriva ut. Kontrollera inställningarna på din skrivare så att korten skrivs ut rätt. Ordet ska finnas på kortets ena sida och förklaringen på andra sidan.