Arbeid & Energie Natuurkunde 5 VWO - goede samenvatting

Samenvatting natuurkunde
Paragraaf 8.1 Arbeid
Arbeid, de natuurkundige omschrijving
Arbeid is het product van kracht en verplaatsing (een kracht verricht arbeid met richting).
Kracht constant + dezelfde richting als verplaatsing:
W=F·s
- W = arbeid in N m (J)
- F = kracht in N
- s = verplaatsing m

Algemene formule voor de arbeid verricht door een kracht
Als je een kracht ontbind zie je altijd een component loodrecht op de verplaatsing, die verricht GEEN
arbeid.
De algemene formule voor de arbeid verricht door een kracht F met niet dezelfde richting als de s is
dus:
W = F · s · cos(α)
- W = arbeid in J (N m)
- F = kracht N
- s = verplaatsing m
- α = hoek tussen richting van de kracht en de richting van de verplaatsing in graden

0 ≤ α ≤ 90°  arbeid verricht door positieve kracht
α = 90  arbeid is nul (richting kracht loodrecht op de richting van de verplaatsing)  W = F · s
90 < α ≤ 180°  negatieve arbeid

Arbeid door zwaartekracht
Je kijkt naar de hoek tussen de richting van de F zw en de richting van s (α)
Δh = s · cos (α)
Voor de arbeid die de zwaartekracht heeft verricht, geldt dus:
Wzw = ± Fzw · Δh
- Wzw = arbeid J
- Fzw = zwaartekracht N
- Δh = hoogteverschil m
o Voorwerp naar beneden?  Arbeid verricht door zwaartekracht positief
o Voorwerp naar boven?  Arbeid negatief

Arbeid door wrijvingskracht
De hoek tussen een bewegingsrichting en bijbehorende wrijvingskracht = 180°  arbeid
wrijvingskracht altijd negatief  ga uit van de totaal afgelegde afstand (i.p.v. de verplaatsing).

Formule voor tegengestelde krachten (rol-, schuif- en luchtweerstand):
Ww = - FW · s
- Ww = arbeid J (N m)
- Fw = tegenwerkende kracht N
- s = afstand m
o s is nu de totale afstand die het voorwerp aflegt
Als de Fz en s tegengesteld aan elkaar zijn, dan is W<0.
Horizontale componenten (bv) trekkracht is even groot als de schuifwrijvingskracht bij een constante
snelheid.

, Paragraaf 8.2 ‘Energievormen’
Chemische energie
Chemische energie: de energie die ontstaat bij de verbranding van voedingsstoffen.
 Een deel van deze energie gebruikt spierkracht om arbeid te verrichten  nuttige energie
Voor elk apparaat waarin energie wordt gebruikt om arbeid te verrichten, geldt:
Enuttig= F · s
- Enuttig= de nuttige energie J
- F = de kracht die de arbeid verricht N
- s = verplaatsing in richting van kracht m

Rendement: verhouding tussen nuttige en de totale energie van apparaat (· 100%)
n = Enuttig/ Ein
- n = rendement
- Enuttig= de nuttige energie J
- Ein = totale energie in J

Stookwaarden: totale energie in brandstoffen (Binas tabel 28B)
Chemische energie van vaste stoffen:
Ech = rm · m
- Ech = chemische energie J
- rm = stookwaarde J/KG energie die vrijkomt bij de verbranding van 1 kg of 1 m3 brandstof
- m = massa kg
Chemische energie van vloeistoffen:
Ech = rv · V
- Ech = chemische energie J
- rv = stookwaarde J/m3 100L = 1m3
- V = volume in m3

Kinetische energie
Bewegingsenergie/ kinetische energie: alles wat in beweging is heeft energie.
Als de snelheid 2x zo groot wordt, dan wordt de kinetische energie 4x zo groot.
Ek = ½ m·v2
- Ek = kinetische energie J
- m = massa kg
- v = snelheid m/s

Zwaarte-energie
Zwaarte-energie: hoe groter de zwaartekracht is, hoe meer energie je nodig hebt.
Ezw = m · g · h
- Ezw = zwaarte-energie in J
- m = massa kg
- g = valversnelling m/s2
- h = hoogteverschil m

Warmte
Wrijvingskrachten verrichten negatieve arbeid waarbij warmte ontstaat.
Bij een constante wrijvingskracht bereken je de warmte met:
Q= Fw · s
- Q = warmte J
- Fw = wrijvingskracht N
- s = afstand waarover de kracht werkt in m