FIZYKA

Wykład 3

ZASADA ZACHOWANIA ENERGII

Przez rok na Ziemi jest zużywana energia, którą Słońce jest w stanie wyprodukować w ciągu 1 000 000 lat.

Energia nie może ani zginąć, ani powstać z niczego. Wynika stąd następująca zasada – suma wszystkich rodzajów energii jest stała. Energia mechaniczna to ogólna nazwa energii potencjalnej i energii kinetycznej. Takim mechanicznym układem jest Ziemia i dowolne ciało.

W = Ek + Ep = const

Skoro energia nie może ani zginąć, ani powstać z niczego, nie jest możliwe zbudowanie urządzenia, które nie pobierając energii z zewnątrz mogłoby wykonywać pracę. Machina taka zwana perpetuum mobile było marzeniem wielu naukowców.

Przykład 1.

Samochód jedzie z prędkością 100km/h i pali 8l benzyny na 100km. Jaka jest moc potrzebna do utrzymania tej stałej prędkości? Porównaj tę moc z przeciętną mocą wykorzystywanego w twoim domu.

Odpowiedź: Samochód zużywa 8l/h, a każdy litr benzyny zawiera E = 31 • 10⁶J (joula)/litr.

Energia = moc • czas

E = p • t

$$p = \frac{E}{t} = \frac{8l \bullet 31 \bullet 10^{6}J/l}{3600s} = 70000W = 70kW$$

Przykład 2.

Jak długo osoba z nadwagą musi się gimnastykować, aby stracić 1000g=1kg tłuszczu.

Odpowiedź: Tłuszcz zawiera około 40 000J/g energii, czyli 40 000 000J/kg. Przyjmijmy, że przy lekkich ćwiczeniach taki jak jogging, jazda na rowerze potrzebna jest moc 500W.

$$t = \frac{E}{p} = \frac{40 \bullet 10^{6}J}{500W} = 80\ 000s \cong 22h$$

Przykład 3.

Jak długo trzeba ćwiczyć, aby spalić tabliczkę czekolady. Przyjmujemy, że przy lekkich ćwiczeniach potrzebna jest moc 500W.

$$t = \frac{E}{p} = \frac{2095 \bullet 10^{3}J}{500W} = 4190s = 1,2h$$

1kW = 1, 36 KM

Ciśnienie (p) jest równe stosunkowi siły normalnej (F) do powierzchni (s), na którą działa. Siła normalna – siła do prostopadłej.

$$p = \frac{F}{s}$$

$$\left\lbrack p \right\rbrack = \frac{N}{m^{2}} = Pa$$

1 bar (bar) = 10⁵Pa

1 tor (Tr) = 1mmHg (0^oC)

$$1\ at\ \left( \text{atomsfera\ techniczna} \right) = \ \frac{1kg \bullet 9,81\frac{m}{s^{2}}}{1cm^{2}} = \frac{9,81kg \bullet \frac{m}{s^{2}}}{10^{- 4}m^{2}} = 98\ 100Pa \approx 10^{5}Pa \approx 1\ bar$$

1 atm (atmosfera fizyczna)

CIŚNIENIE W CIECZY

Jeżeli na ciecz zamkniętą w naczyniu zostaje wywarte ciśnienie z zewnątrz rozkłada się ono w niej równomiernie. Jest to wynikiem możliwości wzajemnego przesuwania się cząstek cieczy. Ciśnienie wewnątrz cieczy wywołane działaniem siły zewnętrznej rozchodzi się równocześnie w całej objętości cieczy i ma jednakową wartość we wszystkich jej punktach.

$$\frac{F_{1}}{S_{1}} = \frac{F_{2}}{S_{2}}\ \ ;\ \ \ \ \ \ \ \ F_{2} = F_{1}\frac{S_{2}}{S_{1}}$$