Leerdoel 2 - Arbeid, kracht en beweging - 3A1

• Natuurkunde
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 3

Leerdoel 2 

arbeid

Lesplanning:

1. Uitleg arbeid
2. Opgaven maken §4.2
3. Toets bespreken
4. Uitleg energieomzettingen 
5. Starten met leerdoel 3
6. Afsluiting

Leerdoel 2 

arbeid

Je kan uitleggen of een kracht een positieve, negatieve of geen arbeid verricht. En je kan rekenen met de formule W = F * s.

Arbeid

De hoeveelheid energie die  een voorwerp krijgt (of afstaat) door het met een kracht over een afstand te verplaatsen. 

Als je een object vasthoudt maar je beweegt niet. 

Dan verricht je geen arbeid!

Welke kracht verricht hier arbeid?

Arbeid

                                         W       Arbeid         J of Nm

                                         F         Kracht        N

                                         s         afstand      m

W=F⋅s

Negatieve arbeid

W=F⋅s

W​F​sp​​​​=200⋅0,8=160Nm

W​F​z​​​​=−200⋅0,8=−160Nm

Je fietst 10 m met een constante snelheid. Je spierkracht is 50 N. Je gewicht (zwaartekracht) is 600 N.
Bereken de arbeid die de onderstaande krachten verrichten.

Spierkracht

Wrijvingskracht

Zwaartekracht

500 Nm

0 Nm

6000 Nm

500 Nm

0 Nm

6000 Nm

Je fietst 10 m met een constante snelheid. Je spierkracht is 50 N. Je gewicht (zwaartekracht) is 600 N.

W​F​sp​​​​=50⋅10=500Nm

W​F​w​​​​=50⋅10=500Nm

W​F​z​​​​=600⋅0=0Nm

Aan de slag

In je schrift maken en nakijken

§4.2 opgave 18, 19, 20abc, 21 en 22

Waarom nemen speerwerpers een aanloop?

Toetsinzage

Vraag 10

P = U * I
    = 5 * 0,31 = 1,55 W

Vraag 11

• U_R1 = R * I = 10 * 0,26 = 2,6 V 
  
  
• I_R1 = I_L1 = 0,26 A
  
• U_L1 = 3,6 V (zie grafiek)
  
  
• U_tot = 3,6 + 2,6 = 6,2 V

Vraag 11

Drie gloeilampen  (45 W)   P = 135 W
Drie ledlampen (12 W)         P = 36 W

t = 700 uur per jaar

0,23 euro per kWh

besparing per jaar = ?

• Gloeilampen:
    E = P * t= 0,135 * 700 
       = 94,5 kWh
• Led-lampen:
    E = P * t= 0,036 * 700
       = 25,2 kWh
• Besparing is
     94,5 - 25,2 = 69,3 kWh
  
• 69,3 * 0,23 = 15,94 euro

Toetsinzage (zelfstandig)

Vraag 3

U_weerstand = 6,0 v

I = U / R
I = 6 / 200 = 0,03 A

Vraag 5
U_12Ω = I * R = 0,30 * 12 = 3,6 V

In een parallelschakeling is de spanning overal gelijk. Dus de spnning van de spanningsbron is 3,6 V.

Vraag 6
G_12Ω = 1/ 12 = 0,083 S
G_46Ω = 1/46 = 0,0217 S

G_tot = 0,083 + 0,0217
          = 0,105 S

R_tot = 1/Gtot = 1/ 0,105 
         = 9,5 Ω

Klaar: starten met leerdoel 3 (zie studiewijzer)

Leerdoel 3
Energieomzettingen

Je kan energieomzettingen weergeven in een energiestroomdiagram.
En je kan rekenen met het rendement van een energieomzetting.

Welke vormen van energie
ken jij?

Wet van behoud van energie

• Energie kan niet verdwijnen of gemaakt worden.
• Energie kan wel worden omgezet.

Energie-

omzettingen

Energiestroomdiagram

Welke energieomzetting heb je in een zonnepaneel?

1. Elektrische energie in licht en warmte
2. Warmte in licht en elektrische energie
3. Licht in elektrische energie en warmte
4. Licht in chemische energie en elektrische energie

Rendement

Het rendement geeft aan hoeveel procent nuttig gebruikt wordt. 

De lampen geven evenveel licht. 

In je kamer staat een lamp. Deze lamp zet van elke 150 J die aangevoerd wordt 15 J om naar licht, de rest wordt omgezet naar warmte. Wat is het rendement van de gloeilamp?

1. 20%
2. 10%
3. 50%
4. 90%

Rendement berekenen

η=​E​totaal​​​​E​nuttig​​​​⋅100

η=​P​totaal​​​​P​nuttig​​​​⋅100

%

%

η = 

η = 

8%

18%

20%

26%

74%

80%

η=​E​totaal​​​​E​nuttig​​​​⋅100

η=​8000​​5900​​⋅100=74

η=​40​​8​​⋅100=20

Voorbeeldopgave
Een mixer heeft een vermogen van 400 W en staat 10 seconden aan. Er wordt 1000 J omgezet in bewegingsenergie. Hoe groot is het rendement van de mixer?

P = 400 w 
t = 10 s

E_nut = 1000 J

Uitwerking

η=​E​totaal​​​​E​nuttig​​​​⋅100

%

η=​4000​​1000​​⋅100=25

P = 400 w 

t = 10 s

E = P * t = 4000 W

Een gloeilamp heeft een vermogen van 50 W en staat 2 uur aan. Het rendement van de lamp is 7,0 %
Bereken hoeveel nuttige stralingsenergie ontstaat.

Gegevens

P = 50 W = 0,05 kW

t = 2 h = 7200 s

rendement = 7,0%

E_nut = ?

Huiswerk

In je schrift maken en nakijken

§5.1 opgave 1 t/m 4, 6, 7 en 9