Projekt Kraft, Energieformen und Wirkungsgrad von Sören Eichner. Inhaltsverzeichnis

Transkript

1 Projekt Kraft, Energieformen und Wirkungsgrad von Sören Eichner Inhaltsverzeichnis Was ist eine Kraft? Grundgleichung der Physik Kräfteparallelogramm Was ist Energie? Was für unterschiedliche Formen von Energie gibt es? Potentielle Energie/Lagerenergie Kinetische Energie/Bewegungsenergie Was bedeutet Wirkungsgrad?

2 Was ist eine Kraft? Unter einer Kraft versteht man eine Einwirkung, die einen beweglichen Körper beschleunigt oder einen Festgehaltenen Körper verformen kann. Das Formelzeichen von Kraft ist F für force (oder im deutschen K für Kraft).Die Einheit von Kräften ist Newton. Dabei ist ein Newton (1N) die Kraft, die einem Körper mit der Masse ein kg eine Beschleunigung von 1m/s² erteilt. Es ist etwa die Kraft, mit der ein Körper der Masse 100g auf eine ruhende Unterlage drückt oder an einer Aufhängung zieht. Benannt ist die Einheit Newton nach dem Englischen Physiker Isaac Newton Grundgleichung der Physik Die Grundgleichung F=m*a bedeutet wie viel Kraft aufgebracht werden muss um die Masse m mit der Beschleunigung a zu bewegen. m=1kg a=3m/s² F=m*a =1kg*3m/s² =3N Kräfteparallelogramm Um zwei Kräfte mit nicht dem selben Winkel zu berechnen muss man ein Kräfteparallelogramm erstellen dieses erstellt man indem man zwei Kräfte die von einem Gemeinsamen Punkt starten zeichnet. Die Kräfte werden dabei als Pfeile dargestellt und werden Vektoren genannt. Dabei können die Winkel der Pfeile komplett andere Winkel besitzen. Dies funktioniert indem man F1 im Einfallswinkel an F2 legt mit der Richtung zu F1 dies tut man auch mit der anderen Seite. Und der Punkt an dem sich dann F1 und F2 treffen ist somit das Ende der resultierenden Kraft und der Start Punkt ist der Beginn der resultierenden Kraft.

3 Bei dem Beispiel gibt es zwei Kräfte F1 hat eine Kraft von 3000 Newton und F2 hat eine Kraft von 5000 Newton. Dabei ist egal in welchen Winkel die beiden Kräfte zueinander liegen. Auf dem Kräfteparallelogramm werden 1000 Newton mit einem cm dargestellt. Fres=7000N F2=5000N F1=3000N Um Kräfte die sich in die selbe Richtung entladen zu berechnen muss man im Kräfteparallelogramm F2 an F1 zeichnen oder einfach die Newton Anzahl addieren. Andersrum kann man die Kräfte natürlich auch subtrahieren dies geht indem man beim Kräfteparallelogramm F2 über F1 legt. Und wie auch beim addieren kann man die Kräfte auch einfach schriftlich subtrahieren. Wie auch im oberen Beispiel werden 1000 Newton mit einem Zentimeter dargestellt F2 Fres=4000N F1 F2 F1 Fres=2000N

4 Was ist Energie? Energie ist die Fähigkeit, mechanische Arbeit zu verrichten, Wärme abzugeben oder Licht auszustrahlen. Das Formelzeichen für Energie ist E und die Einheit von Energie ist Joule. Energie kann in vielen verschiedenen Formen auftreten wie z.b. in Form von elektrischer Energie, chemischer Energie oder Thermischer Energie. Raum Bereiche oder Körper die Energie aufweisen werden Energieträger genannt. In einem geschlossenen Raum bleibt Energie ohne Fremdeinwirkungen immer gleich. Jedoch mit Fremdeinwirkungen kann Energie von einem Körper zu einem anderen Körper Befördert werden, in andere Formen umgewandelt werden oder entwertet werden. Der Name Joule stammt vom Englischen Physiker James Prescott Joule. Potentielle Energie/Lagerenergie Potenzielle Energie ist die Fähigkeit eines Körpers, aufgrund seiner Lage mechanische Arbeit zu verrichten, Wärme abzugeben oder Licht auszusenden.... Gehobene Körper, z. B. eine an einem Kranhaken hängende Betonplatte, Kletterer oder Kinder auf dem Ast, besitzen potenzielle Energie. Potentielle Energie berechnet man indem man die Masse mit dem Ortsfaktor (der auf der Erde immer 9,81m/s² beträgt) und der Höhe des Objektes (die Höhe ist frei wählbar) multipliziert. Epot=m*g*h Epot=1kg*9,81m/s² *10m Epot=98,1j m=1kg g=9,81m/s² h=10m 1kg 10m 9,81m/s²

5 Kinetische Energie/Bewegungsenergie Die kinetische Energie oder auch Bewegungsenergie ist die Energie, die ein Objekt aufgrund seiner Bewegung enthält. Kinetische Energie errechnet man indem man die Masse des Objektes mit der Geschwindigkeit multipliziert Ekin=m*v²*0,5 Ekin=1000kg*100m/s*0,5 Ekin=50000j v=27,777778m/s² m=1500kg Was bedeutet Wirkungsgrad? Der Wirkungsgrad ist allgemein das Verhältnis von abgegebener gewünschter Leistung zu zugeführter Leistung. Dabei ist das Maß der genutzten Energie immer kleiner als 1 oder 100%( weswegen auch ein Perpetuum mobile nicht funktionieren kann). Beispielsweise bei einem normalen PKW Motor wird nur etwa 30% für die Bewegung des Fahrzeugs genutzt, die restlichen 70% werden als Thermische Energie an die Umwelt abgegeben. In diesem Punkt sind Elektromotoren den normalem Verbrennungsmotor überlegen da diese etwa 80-90% der benutzten Energie verwendet wird. Bsp: Einem Benzin Motor werden 100 Liter Benzin zugeführt um jetzt den Wirkungsgrad zu berechnen braucht man nur zwei Daten einmal die zugeführte Energie und wie viel der Motor in die Fortbewegung des Autos umwandeln kann. Der Nutzungsgrad ist in diesem fall etwa 30%.