Natuurkunde samenvatting arbeid & energie, 5vwo

Samenvatting‌‌H.‌‌8‌‌-‌‌Arbeid‌‌en‌‌energie‌ ‌
‌


8.1‌‌Arbeid‌ ‌

Arbeid,‌‌de‌‌natuurkundige‌‌omschrijving‌ ‌
Arbeid‌‌‌hangt‌‌samen‌‌met‌‌werk‌‌in‌‌het‌‌dagelijks‌‌leven.‌‌In‌‌natuurkunde‌‌is‌‌arbeid‌‌een‌‌product‌‌
van‌‌kracht‌‌en‌‌verplaatsing.‌‌Als‌‌de‌‌kracht‌‌constant‌‌is‌‌en‌‌dezelfde‌‌richting‌‌heeft‌‌als‌‌
verplaatsing‌‌geldt:‌ ‌
W‌‌=‌‌F‌‌·‌‌s‌ ‌
- W‌‌=‌‌arbeid‌‌in‌‌N‌‌m‌‌(ook‌‌wel‌‌Joule)‌ ‌
- F‌‌=‌‌kracht‌‌in‌‌N‌ ‌
- s‌‌=‌‌verplaatsing‌‌in‌‌m‌ ‌
Bij‌‌snel‌‌fietsen‌‌verricht‌‌je‌‌meer‌‌arbeid‌‌dan‌‌bij‌‌langzaam‌‌fietsen‌‌over‌‌dezelfde‌‌afstand,‌‌omdat‌‌
je‌‌meer‌‌kracht‌‌uit‌‌moet‌‌oefenen.‌‌Je‌‌verricht‌‌ook‌‌meer‌‌arbeid‌‌met‌‌een‌‌grotere‌‌afstand.‌‌In‌‌
natuurkunde‌‌verricht‌‌een‌‌kracht‌‌arbeid.‌‌Zonder‌‌verplaatsing‌‌verricht‌‌een‌‌kracht‌‌geen‌‌arbeid.‌‌ ‌


Algemene‌‌formule‌‌voor‌‌de‌‌arbeid‌‌verricht‌‌door‌‌een‌‌kracht‌ ‌
Als‌‌de‌‌trekkracht‌‌niet‌‌dezelfde‌‌richting‌‌heeft‌‌als‌‌de‌‌verplaatsing‌‌geldt‌‌niet‌‌W‌‌=‌‌F‌‌·‌‌s.‌‌De‌‌
kracht‌‌die‌‌dan‌‌zorgt‌‌voor‌‌de‌‌verplaatsing‌‌is‌‌de‌‌x-component‌‌van‌‌de‌‌kracht,‌‌Fx‌‌.‌‌cosα‌‌=‌‌Fx‌‌‌ ‌/‌‌F‌
en‌‌Fx‌‌‌ ‌=‌‌F‌‌·‌‌cosα.‌‌Voor‌‌de‌‌arbeid‌‌die‌‌Fx‌‌‌ ‌verricht‌‌geldt:‌‌Wx‌‌‌ ‌=‌‌Fx‌‌‌ ‌·‌‌s‌‌=‌‌F‌‌·‌‌cosα‌‌·‌‌s‌‌=‌‌ ‌
F‌‌·‌‌s‌‌·‌‌cosα.‌‌De‌‌component‌‌Fy‌‌‌ ‌verricht‌‌geen‌‌arbeid‌‌omdat‌‌er‌‌geen‌‌verplaatsing‌‌in‌‌die‌‌richting‌‌
is.‌‌De‌a ‌ lgemene‌‌formule‌‌voor‌‌de‌‌arbeid‌‌‌verricht‌‌door‌‌F‌‌is:‌ ‌
W‌‌=‌‌F‌‌·‌‌s‌‌·‌‌cosα‌ ‌
- W‌‌=‌‌arbeid‌‌in‌‌J‌ ‌
- F‌‌=‌‌kracht‌‌in‌‌N‌ ‌
- s‌‌=‌‌verplaatsing‌‌in‌‌m‌ ‌
- α‌‌=‌‌hoek‌‌tussen‌‌richting‌‌van‌‌de‌‌kracht‌‌en‌‌richting‌‌van‌‌de‌‌verplaatsing‌‌(graden)‌ ‌


Arbeid‌‌door‌‌zwaartekracht‌ ‌
De‌‌arbeid‌‌voor‌‌zwaartekracht‌‌kan‌‌ook‌‌op‌‌een‌‌andere‌‌manier‌‌berekend‌‌worden.‌‌Voor‌‌Δh‌‌
geldt:‌‌cosα‌‌=‌‌Δh‌‌/‌‌s,‌‌Δh‌‌=‌‌s‌‌·‌‌cosα.‌‌In‌‌Wzw‌
‌ ‌ ‌=‌‌Fzw‌
‌ ‌ ‌·‌‌s‌‌·‌‌cosα‌‌kan‌‌je‌‌s‌‌·‌‌cosα‌‌vervangen‌‌door‌‌Δh.‌
Dan‌‌krijg‌‌je:‌ ‌
W‌zw‌‌ ‌=‌‌±F‌zw‌‌ ‌·‌‌Δh‌ ‌
- W‌zw‌‌ ‌=‌‌arbeid‌‌in‌‌J‌ ‌
- F‌zw‌‌ ‌=‌‌zwaartekracht‌‌in‌‌N‌ ‌
- Δh‌‌=‌‌hoogteverschil‌‌in‌‌m‌ ‌
Als‌‌het‌‌voorwerp‌‌naar‌‌beneden‌‌gaat,‌‌is‌‌Wzw‌ ‌ ‌ ‌positief‌‌en‌‌als‌‌het‌‌omhoog‌‌gaat‌‌is‌‌Wzw‌ ‌ ‌ ‌negatief.‌‌
Bij‌‌Wzw‌‌ ‌ ‌is‌‌het‌‌niet‌‌belangrijk‌‌hoe‌‌de‌‌baan‌‌loopt,‌‌alleen‌‌maar‌‌de‌‌Δh‌‌tussen‌‌het‌‌begin‌‌en‌‌het‌‌
eindpunt.‌‌ ‌
‌

, Arbeid‌‌door‌‌wrijvingskracht‌ ‌
De‌‌wrijvingskracht‌‌staat‌‌altijd‌‌tegenovergesteld‌‌aan‌‌de‌‌bewegingsrichting‌‌(180‌‌graden),‌‌
waardoor‌‌de‌‌wrijvingskracht‌‌altijd‌‌negatief‌‌is.‌‌Bij‌‌berekening‌‌van‌‌de‌‌arbeid‌‌verricht‌‌door‌‌de‌‌
wrijvingskracht‌‌reken‌‌je‌‌met‌‌de‌‌totaal‌‌afgelegde‌‌afstand‌‌en‌‌niet‌‌alleen‌‌de‌‌verplaatsing.‌‌De‌‌
arbeid‌‌bereken‌‌je‌‌dus‌‌met:‌ ‌
W‌w‌‌ ‌=‌‌-‌‌Fw‌
‌ ‌ ‌·‌‌s‌ ‌
- W‌w‌‌ ‌=‌‌arbeid‌‌in‌‌J‌ ‌
- F‌w‌‌ ‌=‌‌tegenwerkende‌‌kracht‌‌in‌‌N‌ ‌
- s‌‌=‌‌afstand‌‌in‌‌m‌ ‌
‌


8.2‌‌Energievormen‌ ‌

Chemische‌‌energie‌ ‌
De‌‌energie‌‌die‌‌ontstaat‌‌bij‌‌de‌‌verbranding‌‌van‌‌voedingsstoffen,‌‌heet‌c ‌ hemische‌‌energie‌‌
(E‌ch‌).‌‌Het‌‌deel‌‌hiervan‌‌dat‌‌je‌‌gebruikt‌‌om‌‌met‌‌spierkracht‌‌arbeid‌‌te‌‌verrichten‌‌is‌‌de‌‌nuttige‌‌
energie.‌‌Als‌‌de‌‌spierkracht‌‌constant‌‌is‌‌geldt:‌‌Ech,nuttig‌
‌ ‌ ‌=‌‌Fspier‌
‌ ‌ ‌·‌‌s.‌‌Ook‌‌bij‌‌verbranding‌‌van‌‌
benzine‌‌in‌‌auto’s‌‌geldt‌‌deze‌‌regel:‌‌Ech,nuttig‌
‌ ‌ =
‌ ‌F
‌ ‌
motor‌‌ ·
‌ ‌s
‌ .‌ V
‌ oor‌ ‌elk‌‌apparaat‌‌waar‌‌energie‌‌wordt‌‌
gebruikt‌‌om‌‌arbeid‌‌te‌‌verrichten‌‌geldt:‌ ‌
E‌nuttig‌‌ ‌=‌‌F‌‌·‌‌s‌ ‌
- E‌nuttig‌‌ ‌=‌‌nuttige‌‌energie‌‌in‌‌J‌ ‌
- F‌‌=‌‌kracht‌‌in‌‌N‌‌(verricht‌‌door‌‌de‌‌arbeid)‌ ‌
- s‌‌=‌‌verplaatsing‌‌in‌‌m‌‌(in‌‌richting‌‌van‌‌kracht)‌
Het‌r‌ endement‌‌‌is‌‌de‌‌verhouding‌‌tussen‌‌nuttige‌‌en‌‌totale‌‌energie:‌ ‌
η‌‌=‌‌Enuttig‌
‌ ‌ ‌/‌‌Ein‌ ‌ ‌
- η‌‌=‌‌rendement‌ ‌
- E‌nuttig‌‌ ‌=‌‌nuttige‌‌energie‌‌in‌‌J‌ ‌
- E‌in‌‌ ‌=‌‌totale‌‌energie‌‌in‌‌J‌ ‌
Vaak‌‌druk‌‌je‌‌het‌‌rendement‌‌uit‌‌in‌‌%‌‌en‌‌dan‌‌vermenigvuldig‌‌je‌‌de‌‌verhouding‌‌nog‌‌met‌‌100%.‌‌ ‌
De‌‌totale‌‌energie‌‌in‌‌brandstoffen‌‌bereken‌‌je‌‌met‌‌behulp‌‌van‌s ‌ tookwaarden‌‌‌(r,‌‌met‌m ‌ ‌‌voor‌‌
vaste‌‌stoffen‌‌en‌v‌ ‌‌voor‌‌vloeistoffen,‌‌in‌‌BINAS‌‌28B)‌‌Voor‌‌de‌‌chemische‌‌energie‌‌van‌‌vaste‌‌
stoffen‌‌geldt:‌ ‌
E‌ch‌‌ ‌=‌‌rm‌
‌ ‌ ‌·‌‌m‌ ‌
- E‌ch‌‌ ‌=‌‌chemische‌‌energie‌‌in‌‌J‌ ‌
- r‌m‌‌ ‌=‌‌stookwaarde‌‌in‌‌J/kg‌ ‌
- m‌‌=‌‌massa‌‌in‌‌kg‌
Voor‌‌de‌‌chemische‌‌energie‌‌van‌‌vloeistoffen‌‌geldt:‌ ‌
E‌ch‌‌ ‌=‌‌rv‌
‌ ‌ ‌·‌‌V‌ ‌
- E‌ch‌‌ ‌=‌‌chemische‌‌energie‌‌in‌‌J‌ ‌
- r‌v‌‌ ‌=‌‌stookwaarde‌‌in‌‌J/m‌3‌ ‌
- V‌‌=‌‌volume‌‌in‌‌m3‌‌ ‌