27. A munka, teljesítmény
27. A munka, teljesítmény
⚙️ A munka definíciója
MUNKA(W):
Az erő és az elmozdulás szorzata, ha az erő az elmozdulás irányába hat.
W=F⋅s
Ha az erő és az elmozdulás nem azonos irányú, akkor csak az erő elmozdulás irányába eső komponense számít:
W=Fx⋅s
Mértékegysége: joule (J).
Mitől függ a munka nagysága?
Az erő nagyságától.
Az elmozdulás hosszától.
Az erő és az elmozdulás irányának viszonyától.
+ és - munka
Ha az erő az elmozdulás irányába hat → pozitív munka (pl. húzunk egy hasábot).
Ha az erő az elmozdulással ellentétes irányú → negatív munka (pl. fékezés).
⚙️ A teljesítmény
Állandó erő esetén
A test útjának bármely s szakaszán végzett munka számértéke a jelzett téglalap területének mérőszámával egyenlő
Változó erő esetén
Ha az erő lineárisan változik, a munka a grafikon alatti trapéz területével számítható.
Munka (W):
Az energiaátadás vagy energiafelhasználás mértéke. Mértékegysége: joule (J).
Idő (t):
Az a tartam, amely alatt a munkavégzés lezajlik. Mértékegysége: másodperc (s).
Teljesítmény (P):
A munka és az idő hányadosa, vagyis azt mutatja meg, hogy egységnyi idő alatt mennyi munkát végzünk.
Feladatok
Forrás: https://kemfiz.hu/fizika_kozep_munka_energia_teljesitmeny.html
(2, 5, 9, 10, 20, 22, 24, 36, 37, 41, 46, 47, 48, 53, 56)
2. Hogyan változik a teljesítményünk, ha háromszor annyi munkát háromszor annyi idő alatt végzünk el?
A Nem változik.
A teljesítmény a munka/idő hányadosa, így ha mindkettő háromszoros, az arány ugyanaz.
5. Melyik fizikai mennyiség mértékegysége a kWh?
B Energia.
A kWh (kilowattóra) a munka vagy az energia mértékegysége.
A watt (W) a teljesítmény mértékegysége: 1 W=1 J/s
A kilowattóra (kWh) azt fejezi ki, hogy egy 1 kW teljesítményű berendezés 1 órán keresztül működik.
9. Egy hagyományos izzó fogyasztása nagyobb, mint a vele azonos fényerejű energiatakarékos izzóé. Miért?
A Mert az energiatakarékos izzók energiájuk nagyobb hányadát bocsátják ki a látható fény tartományban.
Hatékonyabb energiafelhasználás → kisebb fogyasztás.
10. Melyik az energia mértékegysége az alábbiak közül?
B Ws.
A Joule definíciója: 1 J = 1 Ws. (Watt*secundum)
20. Mikor nem végez munkát a gravitációs erő?
C Körpályán tart egy űrhajót.
A gravitáció centripetális erőt ad, de nem végez munkát, mert nincs elmozdulás az erő irányában.
22. Egy csörlő 100 kg-ot emel 10 m-re, majd 50 kg-ot 20 m-re. Melyiknél nagyobb a teljesítmény?
C Nem dönthető el.
Az időtartam nincs megadva, így a teljesítmény nem számítható.
24. Egy 100 kg tömegű ládát vízszintes, nem súrlódásmentes talajon 10 m-t tolunk állandó sebességgel, kétféle sebességgel. Hasonlítsuk össze a munkát és a teljesítményt!
B Ugyanannyi munkát végzünk, de nagyobb sebességnél nagyobb a teljesítmény.
Munka = erő × út, független a sebességtől; teljesítmény = munka/idő.
36. Egy belső égésű motorban az üzemanyag elégetésekor felszabaduló kémiai energia részben az autó meghajtására (mechanikai munkára), részben a motor és a kipufogó gázok melegítésére (hőveszteség) fordítódik. Az alábbiak közül mi adja meg a motor hatásfokát?
A A mechanikai munka és a kémiai energia hányadosa.
A hatásfok definíciója:
hasznos energia / bevitt energia.
37. Egy apró, fürge mókus villámgyorsan felszalad a fa tetejére, s egy kövér, lomha macska követi. Melyik végez nagyobb munkát?
B A macska.
Nagyobb tömeg → nagyobb helyzeti energia-változás → nagyobb munkavégzés.
41. Egy 60 kg-os és egy 80 kg-os fiú egyszerre futott fel a földszintről a 10. emeletre, és pontosan egyszerre értek fel. Vizsgáljuk, hogyan viszonyul a verseny közben nyújtott mechanikai teljesítményük.
B A 80 kg-os fiú teljesítménye volt nagyobb.
Indoklás: Mindkét fiú ugyanannyi idő alatt jutott fel ugyanarra a magasságra.
A helyzeti energia-változás: ΔEp=m⋅g⋅h.
A 80 kg-os fiú nagyobb tömege miatt nagyobb munkát végzett. Mivel az idő azonos, az ő átlagos teljesítménye is nagyobb.
46. Mikor végez több munkát 1 s alatt a nehézségi erő?
A) Akkor, amikor a test egy asztallapon nyugalomban van.
B) Akkor, amikor a test 20 m/s sebességgel mozog egyenletesen, vízszintes irányban.
C) Akkor, amikor a test 2 m/s sebességgel mozog egyenletesen, függőlegesen lefelé.
Válasz: C Amikor a test függőlegesen lefelé mozog.
Ekkor a gravitációs erő munkát
végez, vízszintes mozgásnál nem.
47. Két azonos tömegű, azonos ellenállású autó ugyanannyi idő alatt ugyanakkora utat tett meg. Az egyik 6 litert, a másik 8 litert fogyasztott.
1. autó: 6 liter benzint fogyasztott
2. autó: 8 liter benzint fogyasztott
Kérdés: Mit állíthatunk biztosan?
👉 Az első autó motorja hatékonyabban működött, nagyobb volt a hatásfoka.
B Az első kocsi motorjának nagyobb volt a hatásfoka. Kevesebb üzemanyaggal azonos munkát végzett.
48. Melyik az energia mértékegység? (3 válasz is helyes)
👉A) keV
👉B) MJ
👉C) kWh
keV → kilóelektronvolt
MJ → megajoule
kWh → kilowattóra
53. Melyik a teljesítmény mértékegysége?
👉C J/s.
A Watt definíciója: Joule per másodperc.
56. Egy cég két kukoricadaráló közül választ.
1. gép: 60% hatásfok, 210 kW felvett teljesítmény
2. gép: 70% hatásfok, 180 kW felvett teljesítmény
Mindkettő ugyanannyi kukoricát darál óránként.
👉A Ugyanakkora hasznos teljesítményt szolgáltatnak, de a második gazdaságosabb.
Hasznos teljesítmény = felvett teljesítmény × hatásfok
1. gép: 180 kW⋅0,70=126 kW
2. gép: 210 kW⋅0,60=126 kW
Tehát a két gép ugyanakkora hasznos teljesítményt ad le → ugyanannyi kukoricát darálnak.
A különbség: a 2. gép kevesebb energiát vesz fel (180 kW < 210 kW), ezért gazdaságosabb, jobb hatásfokkal működik.