6.3 Behoud van energie

• Natuurkunde
• Middelbare school
• havo
• Leerjaar 4

CHECK IN

CHECK-IN

Deze jongens schieten een bal omhoog
vanaf de grond.

De bal weegt 530 g en komt 23 m hoog.

Bespreek met de leerling naast je wat er tijdens het afschieten van de bal gebeurt op het gebied van energie.

Welke energieomzetting vindt hier plaats?

VAN

NAAR

Kinetische-energie 

Kracht

Snelheid

Zwaarte-energie

van Kinetische E naar Zwaarte E

m = 530 g

h = 23 m

v = ?

                                       Bereken de beginsnelheid van de bal.

E​k​​=​2​​1​​m⋅v​2​​

E​z​​=m⋅g⋅h

deze twee formules aan elkaar gelijkstellen.

m valt aan beide kanten weg

invullen en v uitrekenen

(hier uitgaan van geen luchtweerstand)

week	les 1 (woensdag)	les 2 (vrijdag)
12		6.1
13	6.2	goede vrijdag
14	lesuitval	6.3
15	6.4	6.5
16	PO	TV
17	Toets H6

• huiswerk
• 6.3
• inzage toets H5

Huiswerk

gegevens op het bord schrijven

a) ∆v = 18 km/h = 18/3,6 = 5,0 m/s

a = ∆v/∆t

 = 5,0/4,5 = 1,1 m/s2

b) Fres = m ∙ a = 250 × 1,11 = 278 N = 2,8·102

 N

c) De snelheid neemt gelijkmatig van 0 tot 5,0 m/s toe, dus de gemiddelde snelheid is 2,5 m/s.

d) s = vgem ∙ t = 2,5 × 4,5 = 11,25 m = 11 m

e) W = F ∙ s = 278 × 11,25 = 3087 J = 3,1 kJ

f) Ek = ½ m ∙ v2

 = ½ × 250 × (5,0)2

 = 3125 J = 3,1 kJ

g De twee uitkomsten zijn gelijk, dus blijkbaar is er op de scootmobiel even veel arbeid

verricht als dat hij kinetische energie heeft gekregen.

6.3 Behoud van energie

Aan het eind van de les kun je:

• voorbeelden geven van energieomzettingen en deze weergeven in energie-stroomdiagrammen
• de wet van behoud van energie toepassen
• bij bewegingen rekenen met de wet van behoud van energie
• het verband tussen arbeid en kinetische energie toepassen

De beachvolleybal krijgt, tijdens het naar beneden vallen, vanaf het hoogste punt:

1. meer zwaarte-energie en meer kinetische energie
2. minder zwaarte-energie en minder kinetische energie
3. meer zwaarte-energie en minder kinetische energie
4. minder zwaarte-energie en meer kinetische energie

Wet van behoud van energie

Als de bal op het strand valt (botst met het zand),

dan brengt dat de moleculen in zowel het zand als 

in de bal extra in beweging.

Daardoor neemt de warmte van het zand en de bal toe.

Energie kan niet worden gecreëerd of vernietigd en gaat dus nooit verloren: wet van behoud van energie.

Energieomzetting

Bij elke energieomzetting is er:

• een apparaat dat arbeid verricht en daarmee energie omzet
• toegevoerde of gebruikte energie
• een energiesoort die het apparaat voortbrengt: de nuttige energie
• ongewenste energie

Energie opwekken

Veel apparaten werken op elektriciteit.

Hoe kom je aan elektriciteit?

elektriciteitscentrales

Ook hier vindt een energieomzetting plaats:

een moeilijk bruikbare energiesoort omzetten in een gemakkelijk bruikbare energiesoort

het lijkt alsof je nieuwe energie 'maakt', maar dat is niet zo!

vaak is de gemakkelijk bruikbare soort elektrische energie, omdat je die gemakkelijk kunt omzetten in veel andere soorten energie

elektrische energie noem je energie van hoge kwaliteit

Energie-stroom diagram

Er geldt ALTIJD:

E_in = E_uit

het zonnepaneel neemt zonne-energie op (stralingsenergie), er ontstaat elektrische energie en het zonnepaneel wordt warm

ongewenste energie is vaak warmte. warmte kun je niet zo gemakkelijk omzetten in een andere energiesoort.

je noemt warmte energie van lage kwaliteit

(bij stadverwarming wordt warmte gebruikt)

Energiebalans: evenveel energie erin als eruit

Energie-omzettingen bij bewegingen

E_tot,voor  = E_tot,na

_Voorbeeld: 

Energie-omzettingen bij bewegingen

E_tot,voor  = E_tot,na

_Voorbeeld: 

_{Je gooit een bal vanaf een hoogte van 1,15 m met een beginsnelheid van 6,4 m/s recht omhoog. De luchtweerstand is te verwaarlozen. Bereken de grootste hoogte die de bal bereikt.}

Energie-omzettingen bij bewegingen

E_{k, voor} + E_z,voor = E_z,na

​2​​1​​⋅m⋅​​​(v​2​​)​voor​​+m⋅g⋅h​voor​​=m⋅g⋅h​na​​

m kan overal wegvallen

Val met luchtweerstand

Als bij een beweging

weerstandskrachten een rol 

spelen, ontstaat warmte.

bij een val met luchtweerstand gaat niet alle zwaarte-energie over in kinetische energie

er on

Bij een val met luchtweerstand ontstaat meer of minder kinetische energie dan bij een vrije val

1. meer
2. minder

de eindsnelheid is lager

Een val met luchtweerstand

Voorbeeld:

Van een hoogte van 3,9 m valt een bal met een massa van 0,70 kg naar beneden. De gemiddelde luchtweerstand is 2,1 N. Bereken met welke snelheid de bal op de grond komt.

m⋅g⋅h​boven​​=​2​​1​​m⋅v​2​​+F​w,gem​​⋅s

hoe lager de snelheid, hoe kleiner de luchtweerstandskracht

NB je rekent altijd met een gemiddelde waarde, alsof de luchtweerstandskracht steeds die waarde heeft.

Arbeid en kinetische energie

Michael van Gerwen oefent een 

kracht uit op de dart en die kracht

verricht arbeid.

De totale arbeid op de dart is 

gelijk aan de verandering van de 

hoeveelheid kinetische energie.

Wat is de beginsnelheid van de dart?

1. 0 m/s
2. 10 m/s
3. 0 km/h
4. 10 km/h

Arbeid en energie

Michael beweegt zijn hand over 35 cm. Bij het loslaten heeft de dart (m = 45 g) een snelheid van 21 m/s. Bereken de gemiddelde kracht van Michael op de dart.

F​gem​​⋅s=​2​​1​​m⋅v​2​​−0

AHW

Maak opdracht: 27, 28, 31, 32, 34 en 37.

filmpje warmtepomp op schooltv laten zien:

https://schooltv.nl/video-item/het-klokhuis-warmtepomp

6.3 Behoud van energie

Je kunt nu:

• voorbeelden geven van energieomzettingen en deze weergeven in energie-stroomdiagrammen
• de wet van behoud van energie toepassen
• bij bewegingen rekenen met de wet van behoud van energie
• het verband tussen arbeid en kinetische energie toepassen