Natuurkunde – Hoofdstuk 3 Energieomzettingen Samenvatting
// Paragraaf 3.1: Stijgen en dalen
Als een kracht F over een afstand s werkt, levert de kracht een arbeid W = F · s.
Dit geldt alleen als F en s dezelfde richting hebben.
Als je een voorwerp met een constante snelheid omhoogtilt, is de
geleverde arbeid gelijk aan W = m · g · h.
Als de kracht en de verplaatsing niet dezelfde richting hebben, maar
onder een hoek a staan, levert de kracht een arbeid van: W = F · s · cos
a. Een kracht die loodrecht op de verplaatsing staat, verricht dus geen
arbeid. Als F een tegenwerkende kracht is, dan is de uitkomst van W =
F · s · cos a negatief doordat cos 180º = -1.
// Paragraaf 3.2: Starten en stoppen
Als op een voorwerp met massa m een constante kracht F werkt, is a = F : m.
De afgelegde afstand op tijdstip t is s = ½ · a · t2. De snelheid op tijdstip t is v = a · t.
Als op een voorwerp met massa m arbeid W wordt verricht, geldt ΣW = ½ · m · veind² - ½ · m · vbegin².
// Paragraaf 3.3: Spannen en ontspannen
De arbeid die je moet verrichten om een voorwerp dat aan de wet
van Hooke voldoet een uitrekking u te geven, is W = ½ · C · u2. De
arbeid die een niet-constante kracht verricht, kun je grafisch bepalen
uit een (F,s)-diagram. De arbeid van een kracht die niet constant is,
kun je bepalen door de oppervlakte onder het (F,s)-diagram te
bepalen. F moet dan wel in de richting van s werken.
// Paragraaf 3.4: Behoud van energie
In een systeem is mechanische energie opgeslagen in de vorm van:
- veerenergie: Ev= ½ · C · u2
- kinetische energie: Ek= ½ · m · v² ΣW = ΔEk
- zwaarte-energie: Ez= m · g · h
Potentiële energie is een verzamelnaam voor energiesoorten
waarbij de positie van voorwerpen ten opzichte van elkaar van
belang is. Voorbeelden zijn veerenergie en zwaarte-energie.
Voor een gesloten systeem geldt de wet van behoud van energie:
Als een kracht arbeid verricht, verandert de ene energiesoort in de andere, maar het totaal van Ev, Ek
en Ez blijft constant. Bij het ontwerpproces doorloop je een ontwerpcyclus (afbeelding).
// Paragraaf 3.5: Energie om arbeid te verrichten
Het elektrisch vermogen is Pel = U · I. Elektrische energie, Eel = P · t, is vaak de energiesoort die voor
een deel wordt omgezet in mechanische energie. Dit geeft Eel = U · I · t.
Stoffen bevatten chemische energie die voor een deel vrijkomt bij verbranding. De energie die
daarbij vrijkomt is de stookwaarde (verbrandingswarmte): Ech = rv · V, of Ech = rm · m, waarbij rv de
hoeveelheid energie per volume (kubieke meter) stof is, en rm de hoeveelheid energie per massa
(kilogram) stof. Verder geldt rm = rv : ρ, waarbij ρ de dichtheid van de desbetreffende stof is.
// Paragraaf 3.6: Warmte en rendement
Door wrijvingskracht ontstaat warmte. Deze energiesoort telt mee in berekeningen met de wet van
behoud van energie. De hoeveelheid warmte wordt gegeven door Q = Fw · s. De nuttige energie is
een percentage van de verbruikte energie. Dit heet het rendement: η = Enuttig : Ein · 100%.
// Paragraaf 3.7: Vermogen
Het vermogen wordt gegeven door P = W : t of P = F · v. Het rendement druk je uit in het
toegevoerde vermogen Pin en het nuttig vermogen Pnuttig η = Pnuttig : Pin · 100%.
// Paragraaf 3.1: Stijgen en dalen
Als een kracht F over een afstand s werkt, levert de kracht een arbeid W = F · s.
Dit geldt alleen als F en s dezelfde richting hebben.
Als je een voorwerp met een constante snelheid omhoogtilt, is de
geleverde arbeid gelijk aan W = m · g · h.
Als de kracht en de verplaatsing niet dezelfde richting hebben, maar
onder een hoek a staan, levert de kracht een arbeid van: W = F · s · cos
a. Een kracht die loodrecht op de verplaatsing staat, verricht dus geen
arbeid. Als F een tegenwerkende kracht is, dan is de uitkomst van W =
F · s · cos a negatief doordat cos 180º = -1.
// Paragraaf 3.2: Starten en stoppen
Als op een voorwerp met massa m een constante kracht F werkt, is a = F : m.
De afgelegde afstand op tijdstip t is s = ½ · a · t2. De snelheid op tijdstip t is v = a · t.
Als op een voorwerp met massa m arbeid W wordt verricht, geldt ΣW = ½ · m · veind² - ½ · m · vbegin².
// Paragraaf 3.3: Spannen en ontspannen
De arbeid die je moet verrichten om een voorwerp dat aan de wet
van Hooke voldoet een uitrekking u te geven, is W = ½ · C · u2. De
arbeid die een niet-constante kracht verricht, kun je grafisch bepalen
uit een (F,s)-diagram. De arbeid van een kracht die niet constant is,
kun je bepalen door de oppervlakte onder het (F,s)-diagram te
bepalen. F moet dan wel in de richting van s werken.
// Paragraaf 3.4: Behoud van energie
In een systeem is mechanische energie opgeslagen in de vorm van:
- veerenergie: Ev= ½ · C · u2
- kinetische energie: Ek= ½ · m · v² ΣW = ΔEk
- zwaarte-energie: Ez= m · g · h
Potentiële energie is een verzamelnaam voor energiesoorten
waarbij de positie van voorwerpen ten opzichte van elkaar van
belang is. Voorbeelden zijn veerenergie en zwaarte-energie.
Voor een gesloten systeem geldt de wet van behoud van energie:
Als een kracht arbeid verricht, verandert de ene energiesoort in de andere, maar het totaal van Ev, Ek
en Ez blijft constant. Bij het ontwerpproces doorloop je een ontwerpcyclus (afbeelding).
// Paragraaf 3.5: Energie om arbeid te verrichten
Het elektrisch vermogen is Pel = U · I. Elektrische energie, Eel = P · t, is vaak de energiesoort die voor
een deel wordt omgezet in mechanische energie. Dit geeft Eel = U · I · t.
Stoffen bevatten chemische energie die voor een deel vrijkomt bij verbranding. De energie die
daarbij vrijkomt is de stookwaarde (verbrandingswarmte): Ech = rv · V, of Ech = rm · m, waarbij rv de
hoeveelheid energie per volume (kubieke meter) stof is, en rm de hoeveelheid energie per massa
(kilogram) stof. Verder geldt rm = rv : ρ, waarbij ρ de dichtheid van de desbetreffende stof is.
// Paragraaf 3.6: Warmte en rendement
Door wrijvingskracht ontstaat warmte. Deze energiesoort telt mee in berekeningen met de wet van
behoud van energie. De hoeveelheid warmte wordt gegeven door Q = Fw · s. De nuttige energie is
een percentage van de verbruikte energie. Dit heet het rendement: η = Enuttig : Ein · 100%.
// Paragraaf 3.7: Vermogen
Het vermogen wordt gegeven door P = W : t of P = F · v. Het rendement druk je uit in het
toegevoerde vermogen Pin en het nuttig vermogen Pnuttig η = Pnuttig : Pin · 100%.
