Kraftur og hreyfing

1. Kraftur og hreyfing 2. kafli

2. 2-1 Kraftur • Kraftur verkar á hlut og veitir honum orku þannig að hann tekur að hreyfast, hættir að hreyfast eða breytir hraða sínum. • Kraftur er mældur í njútonum (N). Njúton er þ.a.l. einingin fyrir kraft í SI kerfinu. • Eitt njúton er sá kraftur sem þarf til þess að gefa hlut með massann 1 kg. hröðunina 1 m/sek2

3. Dæmi: • Hversu mikinn kraft þurfum við til að ýta af stað sleða sem er 10 kg. Við ætlum að breyta hraða hans úr 0 m/sek í 5 m/sek á einni sekúndu. • Mundu: Kraftur er massi hlutar margfaldaður með hraðabreytingu á tíma • Við þurfum því að margfalda massann með hraða­breytingunni, 10kg. x 5 m/sek = 50N

4. Prófaðu sjálf/ur • Prófaðu sjálf/ur • Hvað þarftu mikinn kraft til að ýta þér af stað á skíðum, ef þú ert 55 kg. og þú ætlar að fara úr kyrrstöðu (0 m/sek) í 30m/sek á einni sekúndu? • Svar:________________________________

5. Gormvog • Gormvog er notuð til að mæla kraft. • Kraftur er mældur í njútonum • (Newton á ensku, eftir enska eðlisfræðingnum Isaac Newton).

6. Munur á massa og þyngd • Massi er mælikvarði á efnismagn og er mældur í kg. • Þyngd er mælikvarði á það hversu mikill þyngdarkraftur verkar á hlut. Þar sem þyngd er kraftur er hún mæld í njútonum. • Þyngdarkrafturinn er 9.8 njúton á jörðinni og margföldum við því massa okkar með þyngdarkraftinum og fáum út þyngd í njútonum. • Dæmi: Hver er þyngd 80 kg. manns í njútonum? • 80 kg x 9,8N = 784 N

7. 2-1 Kraftur Núningur: • Er kraftur sem hamlar gegn hreyfingu hlutar, þ.e. veldur því að hlutur á hreyfingu hægir á sér og stöðvast • 3 megin gerðir núnings: • Renninúningur (milli 2 fastra flata) • Veltinúningur (á mótum veltandi hlutar og undirstöðu) • Straummótstaða (milli hlutar og straumefnis, t.d. báts í vatni eða flugvélar í lofti)

8. 2-2 Kraftar í straumefnum Straumefni: • Vökvar • Lofttegundir Straumefni skapa krafta: • Núning (straummótstaðan) • Þrýsting (kraftur sem verkar á ákveðinn flöt: Newton á fersentimetra, þ.e. N/cm2) • Flotkraft (lyftikraftur sem verkar á hlut í straumefni)

9. Flotkraftur Lítill kraftur verkar á efra borð hlutarins Kraftur (þrýstingur) eykst með dýpi Mikill kraftur verkar á neðra borð hlutarins og ýtir honum upp

10. Flotkraftur 2. • Þegar hlutur er á kafi í vatni verkar flotkraftur þannig að hann ýtir hlutnum upp, á móti þyngdarkraftinum sem dregur hlutinn niður • Stærð flotkraftsins ákveður hvort hlutur flýtur eða sekkur:flotkraftur minni en þyngd hlutarins  hluturinn sekkurflotkraftur meiri en þyngd hlutarins  hluturinn flýtur

11. Flotkraftur á hlut = Þyngd þess vökva sem hluturinn ryður frá sér Hlutur flýtur í vökva ef eðlismassi hlutarins er minni en eðlismassi vökvans Lögmál Arkímedesar

12. Lögmál Arkímedesar frh. • Eðlismassi er hlutfallið milli massa efnis og rúmmáls þess. • Eðlismassi = Massi Rúmmál • Hægt er að tengja lögmál Arkimedesar við hugtakið um eðlismassa. Hlutur flýtur í vökva ef eðlismassi hlutarins er minni en eðlismassi vökvans.

13. Vökvaknúin tæki • Þrýstingur sem verkar á einum stað í vökva dreifist jafnt um allan vökvann • Vökvahemlar og vökvalyftarar byggjast á því að þrýstingur verkar jafnt til allra hliða, Þess vegna getur kraftur sem verkar í lítinn flöt vökvans valdið gríðarmiklum krafti á margfalt stærri flöt. Þrýstingur

14. Lögmál Bernoullis 4 ólíkir kraftar verka á flugvél á flugi: Þyngd Viðnám Knýr Lyftikraftur

15. Lögmál Bernoullis • Loftið fer hraðar, minni þrýstingur • Þrýstingur í vökva/lofti á hreyfingu er minni en í vökva/lofti sem hreyfist ekki. Því hraðar sem vökvi/loft streymir því minni verður þrýstingurinn sem hann skapar

16. Lögmál Bernoullis • Lyftikraftur (þrýstikraftur): • Krafturinn sem verkar á flugvélavængi og lyftir vélunum upp • Þegar flugvél flýgur í jafnri hæð er þrýstikrafturinn jafn þyngd flugvélarinnar (kraftinum sem togar vélina niður til jarðar) • Knýr (spyrna): • Kraftur sem verkar á flugvél í lofti og spyrnir henni áfram • Viðnám (loftmótstaða): • Kraftur sem verkar í andstæða átt við knýinn og dregur því úr hraða flugvélar

17. 2-3Vinna, orka og afl • Vinna er notað yfir það þegar kraftur færir hlut úr stað (hluturinn er dreginn, honum ýtt eða kastað) • Vinna = kraftur x vegalengd • Mælieiningin fyrir vinnu hefur 2 nöfn: • Newtonmetri (skammstafað Nm) • Júl (Joule) (skammstafað J) • 1 Nm = 1 J

18. Afl • Afl er mælikvarði á hversu hratt vinna er unnin, það er, hversu mikil vinna fer fram á tiltekna tímaeiningu • Afl = vinna = orka tími tími • Afl = kraftur x vegalengd tími • Mælieiningin fyrir afl er watt (W).1 W = 1 Júl á sekúndu = 1 J/sek • Dæmi: 60 W ljósapera skilar vinnu sem nemur 60 júlum á sekúndu

19. Spreytið ykkur • Helga ætlar að færa kennaraborðið um 5 metra. Það tekur hana nákvæmlega 10 sekúndur og hún þarf að nota 100N kraft til þess. • Hversu mikið afl notar hún? • Svar:_______________________________

20. 2-4 Vélar • Vél er tæki sem léttir mönnum vinnu með því að breyta stærð eða stefnu þess krafts sem beitt er við vinnuna • Tvenns konar kraftar koma við sögu í vélum: • Inntakskraftur: sá kraftur sem beitt er á vélina • Skilakraftur: sá kraftur sem vélin skilar frá sér

21. Vélar 2. Kraftahlutfall: • skilakrafturinntakskraftur • segir til um hversu oft vél margfaldar inntakskraftinn inntakskraftur skilakraftur

22. Vélar 3. Vélar margfalda kraftinn, en sú vinna sem vél skilar verður aldrei meiri en sú vinna sem beitt er á vélina Nýtni er samanburður á inntaksvinnu og úttaksvinnu: • Nýtni er aldrei meiri en 100% Núningur kemur alltaf í veg fyrir það að nýtni vélar sé 100% - nýtnin er alltaf minni • Hagkvæmustu vélarnar eru þær sem hafa besta nýtni og því er mikilvægt að minnka núning með smurningsefnum

23. Vélar 4. • Einfaldar vélar framkvæma vinnu með einni hreyfingu. • Samsettar vélar eru gerðar úr tveimur eða fleiri einföldum vélum

24. Einfaldar vélar 1. Vogarstöng: • Stöng sem snýst um fastan punkt (vogarásinn) skilakraftur vogarstöng inntakskraftur

25. Einfaldar vélar 2. Trissa (talía): • Band sem brugðið er um hjól • Verkar á tvennan hátt: • Getur breytt stefnu krafts (föst trissa) • Getur breytt stærð krafts (hreyfanleg trissa) Föst trissa

26. Einfaldar vélar 3. Hjól og ás: • Hjól er kringlóttur hlutur sem snýst um minni kringlóttan hlut, ásinn • Ef krafti er beitt á hjólið, margfaldast hann við ásinn inntaks-kraftur skilakraftur

27. Einfaldar vélar 4. Skáborð: • Skáborð er beinn, hallandi flötur • Notaður til að koma hlutum upp á hærra svæði • Hluturinn fer lengri leið, en þá þarf líka minni inntakskraft til að koma honum upp Maðurinn þarf að koma steininum efst í rennibrautina. Á hann að lyfta steininum beint upp? Eða á hann að ýta honum upp rennuna?

28. Einfaldar vélar 5. Fleygur: • Tveir sléttir fletir sem mætast í hvössu horni – egginni • Þegar krafti er beitt á fleyginn, verður skilakrafturinn við eggina mikill • Við brýnum hnífa til að þynna eggina og stækka þar með kraftahlutfallið – þá þarf minni inntakskraft til að fá mikinn skilakraft

29. Einfaldar vélar 6. Skrúfa: • Skrúfa er í raun skáborð sem búið er að vefja um sívalning • Skrúfa fer því í raun langa vegalengd til að auka kraftahlutfallið. Það þarf mikinn kraft til að koma skrúfunni á kaf í spýtu, en með því að notfæra sér skáborðið getum við gert þetta með handafli!