🎢 Polohová a pohybová energie

Na houpačce

O čem to je

Natažený luk vystřelí šíp. Voda z přehrady roztočí turbínu. Benzín pohání auto. Všechny tyto věci mají v sobě něco, co jim umožní konat práci. Tomu říkáme energie.

Energie se nedá vyrobit z ničeho ani zničit. Jen se mění z jedné podoby na druhou. Když tomu rozumíš, chápeš elektrárny, horské dráhy i to, proč musíš jíst.

Nové pojmy

PráceKdyž silou posuneš těleso po nějaké dráze. Měří se v joulech (J).Zvedneš tašku na stůl.
EnergieSchopnost tělesa konat práci. Měří se také v joulech (J).Jedoucí auto může při nárazu zdeformovat plot – má energii.
Polohová energieEnergie, kterou má těleso proto, že je vysoko. Když spadne, může něco vykonat.Kámen na útesu, voda v přehradě, zvednuté kladivo.
Pohybová energieEnergie, kterou má těleso proto, že se pohybuje. Těleso v klidu ji nemá.Letící míč, jedoucí vlak, tekoucí řeka.
Další podoby energiePružnosti (natažená guma, luk), chemická (benzín, jídlo, baterie), tepelná, elektrická, jaderná…V rohlíku je chemická energie, kterou tvé tělo promění na pohyb a teplo.

Houpačka krok za krokem

Sleduj, jak se na houpačce mění jedna energie na druhou. Klikej na jednotlivé kroky.

  1. nahoře: hodně polohové
  2. sjíždí: polohová → pohybová
  3. dole: hodně pohybové
  4. stoupá: pohybová → polohová

V nejvyšším bodě se houpačka na okamžik zastaví – pohybová energie je nulová, polohová největší. V nejnižším bodě letí nejrychleji – pohybová je největší.

Zákon zachování energieEnergie nevzniká ani nezaniká. Jen se přeměňuje z jedné podoby na jinou. Celkové množství zůstává stejné.Houpačka se postupně zastaví, protože část energie se třením a odporem vzduchu přemění na teplo – neztratí se.
Jaké přeměny energie probíhají, když jablko padá ze stromu?
Nahoře má jablko polohovou energii. Při pádu se mění na pohybovou. Při dopadu se pohybová změní na deformaci jablka, zvuk a teplo.
Která energie se využívá ve vodní elektrárně na přehradě?
Voda vysoko v přehradě má polohovou energii. Padá dolů → pohybová → roztočí turbínu → generátor ji změní na elektrickou.
✗Když se houpačka zastaví, energie zmizela.
✓Energie se přeměnila na teplo (tření, odpor vzduchu).

Podle zákona zachování energie nemůže energie zmizet. Jen se změní na podobu, kterou už houpačka nevyužije.

Energie je schopnost konat práci (v joulech). Polohová – těleso je vysoko, pohybová – těleso se hýbe. Energie nevzniká ani nezaniká, jen se přeměňuje.

Vzorci

O čem to je

Proč je náraz auta v rychlosti 100 km/h tolik nebezpečnější než ve 50 km/h? Kolik energie má voda v přehradě? Energii umíme spočítat a výsledky někdy překvapí.

Nové pojmy

Energie ESchopnost konat práci. Jednotka joule (J). Kolik práce těleso může vykonat, tolik má energie.1 kJ = 1 000 J.
Polohová energie EpEnergie tělesa ve výšce h nad zemí: Ep = m · g · h.Kámen 2 kg ve výšce 5 m.
Pohybová energie EkEnergie tělesa o hmotnosti m, které se pohybuje rychlostí v (v m/s): Ek = ½ · m · v².Míč 2 kg letící 3 m/s.
Tíhové zrychlení gAsi 10 N/kg – tolik newtonů táhne Země každý kilogram.

Polohová energie: odkud vzorec

Abys těleso zvedl do výšky h, musíš vykonat práci m · g · h. Ta práce se v tělese „uloží“ jako polohová energie. Když spadne, umí ji zase vykonat.

Jakou polohovou energii má kámen 2 kg ve výšce 5 m?
Ep = m · g · h = 2 · 10 · 5 = 100 J.
Těleso 4 kg má polohovou energii 200 J. Jak vysoko je?
h = Ep : (m · g) = 200 : (4 · 10) = 200 : 40 = 5 m.

Pohybová energie a druhá mocnina

Ve vzorci je rychlost na druhou (v² = v · v). Proto dvojnásobná rychlost znamená čtyřnásobnou energii (2 · 2 = 4). Trojnásobná rychlost – devítinásobnou. Proto je rychlá jízda tak nebezpečná.

Rychlost převeď na m/s.
Umocni ji: v · v.
Vynásob hmotností.
Vyděl dvěma.
Výsledek v joulech.
Jakou pohybovou energii má míč 2 kg letící rychlostí 3 m/s?
v² = 3 · 3 = 9. Ek = ½ · 2 · 9 = 9 J.
Auto 1 000 kg jede 20 m/s (72 km/h). Jaká je jeho pohybová energie?
v² = 400. Ek = ½ · 1 000 · 400 = 200 000 J = 200 kJ.

Zákon zachování energie

Energie nevzniká ani nezaniká, jen se přeměňuje. Padající těleso polohovou energii ztrácí a pohybovou získává – součet zůstává (bez odporu vzduchu) stejný.

  • natažený luk – energie pružnosti
  • jedoucí vlak – pohybová energie
  • voda v přehradě – polohová energie
  • benzín – chemická energie

U každé karty si nejdřív sám řekni, o jakou energii jde.

✗Dvojnásobná rychlost = dvojnásobná pohybová energie.
✓Dvojnásobná rychlost = čtyřnásobná pohybová energie.

Rychlost je ve vzorci na druhou: (2v)² = 4v².

Ep = m · g · h, Ek = ½ · m · v². Dvojnásobná rychlost → 4× víc pohybové energie. Celková energie se zachovává, jen mění podobu.
🏎️Výkon a účinnost🔥Teplo a jeho šíření