Kraftur og hreyfing

1
Kraftur og hreyfing

• 2. kafli

2
2-1 Kraftur

• Kraftur verkar á hlut og veitir honum orku þannig
  að hann tekur að hreyfast, hættir að hreyfast eða
  breytir hraða sínum.
• Kraftur er mældur í njútonum (N). Njúton er
  þ.a.l. einingin fyrir kraft í SI kerfinu.
• Eitt njúton er sá kraftur sem þarf til þess að
  gefa hlut með massann 1 kg. hröðunina 1 m/sek2

3
Dæmi

• Hversu mikinn kraft þurfum við til að ýta af stað
  sleða sem er 10 kg. Við ætlum að breyta hraða
  hans úr 0 m/sek í 5 m/sek á einni sekúndu.
• Mundu Kraftur er massi hlutar margfaldaður með
  hraðabreytingu á tíma
• Við þurfum því að margfalda massann með
  hraðabreytingunni, 10kg. x 5 m/sek 50N

4
Prófaðu sjálf/ur

• Prófaðu sjálf/ur
• Hvað þarftu mikinn kraft til að ýta þér af stað á
  skíðum, ef þú ert 55 kg. og þú ætlar að fara úr
  kyrrstöðu (0 m/sek) í 30m/sek á einni sekúndu?
• Svar________________________________

5
Gormvog

• Gormvog er notuð til að mæla kraft.
• Kraftur er mældur í njútonum
• (Newton á ensku, eftir enska eðlisfræðingnum
  Isaac Newton).

6
Munur á massa og þyngd

• Massi er mælikvarði á efnismagn og er mældur í
  kg.
• Þyngd er mælikvarði á það hversu mikill
  þyngdarkraftur verkar á hlut. Þar sem þyngd er
  kraftur er hún mæld í njútonum.
• Þyngdarkrafturinn er 9.8 njúton á jörðinni og
  margföldum við því massa okkar með
  þyngdarkraftinum og fáum út þyngd í njútonum.
• Dæmi Hver er þyngd 80 kg. manns í njútonum?
• 80 kg x 9,8N 784 N

7
2-1 Kraftur

• Núningur
• Er kraftur sem hamlar gegn hreyfingu hlutar, þ.e.
  veldur því að hlutur á hreyfingu hægir á sér og
  stöðvast
• 3 megin gerðir núnings
• Renninúningur (milli 2 fastra flata)
• Veltinúningur (á mótum veltandi hlutar og
  undirstöðu)
• Straummótstaða (milli hlutar og straumefnis, t.d.
  báts í vatni eða flugvélar í lofti)

8
2-2 Kraftar í straumefnum

• Straumefni
• Vökvar
• Lofttegundir
• Straumefni skapa krafta
• Núning (straummótstaðan)
• Þrýsting (kraftur sem verkar á ákveðinn flöt
  Newton á fersentimetra, þ.e. N/cm2)
• Flotkraft (lyftikraftur sem verkar á hlut í
  straumefni)

9
Flotkraftur

Lítill kraftur verkar á efra borð hlutarins

Kraftur (þrýstingur) eykst með dýpi
Mikill kraftur verkar á neðra borð hlutarins og
ýtir honum upp
10
Flotkraftur 2.

• Þegar hlutur er á kafi í vatni verkar flotkraftur
  þannig að hann ýtir hlutnum upp, á móti
  þyngdarkraftinum sem dregur hlutinn niður
• Stærð flotkraftsins ákveður hvort hlutur flýtur
  eða sekkurflotkraftur minni en þyngd hlutarins
  ? hluturinn sekkurflotkraftur meiri en þyngd
  hlutarins ? hluturinn flýtur

11
Lögmál Arkímedesar

• Flotkraftur á hlut
• Þyngd þess vökva sem hluturinn ryður frá sér

• Hlutur flýtur í vökva ef eðlismassi hlutarins er
  minni en eðlismassi vökvans

12
Lögmál Arkímedesar frh.

• Eðlismassi er hlutfallið milli massa efnis og
  rúmmáls þess.
• Eðlismassi Massi
  
  Rúmmál
• Hægt er að tengja lögmál Arkimedesar við hugtakið
  um eðlismassa. Hlutur flýtur í vökva ef
  eðlismassi hlutarins er minni en eðlismassi
  vökvans.

13
Vökvaknúin tæki

• Þrýstingur sem verkar á einum stað í vökva
  dreifist jafnt um allan vökvann
• Vökvahemlar og vökvalyftarar byggjast á því að
  þrýstingur verkar jafnt til allra hliða, Þess
  vegna getur kraftur sem verkar í lítinn flöt
  vökvans valdið gríðarmiklum krafti á margfalt
  stærri flöt.

Þrýstingur
14
Lögmál Bernoullis

• 4 ólíkir kraftar verka á flugvél á flugi

Þyngd
Viðnám
Knýr
Lyftikraftur
15
Lögmál Bernoullis

• Loftið fer hraðar, minni þrýstingur
• Þrýstingur í vökva/lofti á hreyfingu er minni en
  í vökva/lofti sem hreyfist ekki. Því hraðar sem
  vökvi/loft streymir því minni verður
  þrýstingurinn sem hann skapar

16
Lögmál Bernoullis

• Lyftikraftur (þrýstikraftur)
• Krafturinn sem verkar á flugvélavængi og lyftir
  vélunum upp
• Þegar flugvél flýgur í jafnri hæð er
  þrýstikrafturinn jafn þyngd flugvélarinnar
  (kraftinum sem togar vélina niður til jarðar)
• Knýr (spyrna)
• Kraftur sem verkar á flugvél í lofti og spyrnir
  henni áfram
• Viðnám (loftmótstaða)
• Kraftur sem verkar í andstæða átt við knýinn og
  dregur því úr hraða flugvélar

17
2-3Vinna, orka og afl

• Vinna er notað yfir það þegar kraftur færir hlut
  úr stað (hluturinn er dreginn, honum ýtt eða
  kastað)
• Vinna kraftur x vegalengd
• Mælieiningin fyrir vinnu hefur 2 nöfn
• Newtonmetri (skammstafað Nm)
• Júl (Joule) (skammstafað J)
• 1 Nm 1 J

18
Afl

• Afl er mælikvarði á hversu hratt vinna er unnin,
  það er, hversu mikil vinna fer fram á tiltekna
  tímaeiningu
• Afl vinna orka tími tími
• Afl kraftur x vegalengd tími
• Mælieiningin fyrir afl er watt (W).1 W 1 Júl á
  sekúndu 1 J/sek
• Dæmi 60 W ljósapera skilar vinnu sem nemur 60
  júlum á sekúndu

19
Spreytið ykkur

• Helga ætlar að færa kennaraborðið um 5 metra. Það
  tekur hana nákvæmlega 10 sekúndur og hún þarf að
  nota 100N kraft til þess.
• Hversu mikið afl notar hún?
• Svar_______________________________

20
2-4 Vélar

• Vél er tæki sem léttir mönnum vinnu með því að
  breyta stærð eða stefnu þess krafts sem beitt er
  við vinnuna
• Tvenns konar kraftar koma við sögu í vélum
• Inntakskraftur sá kraftur sem beitt er á vélina
• Skilakraftur sá kraftur sem vélin skilar frá sér

21
Vélar 2.

• Kraftahlutfall
• skilakraftur inntakskraftur
• segir til um hversu oft vél margfaldar
  inntakskraftinn

inntakskraftur
skilakraftur
22
Vélar 3.

• Vélar margfalda kraftinn, en sú vinna sem vél
  skilar verður aldrei meiri en sú vinna sem beitt
  er á vélina
• Nýtni er samanburður á inntaksvinnu og
  úttaksvinnu
• Nýtni er aldrei meiri en 100 Núningur kemur
  alltaf í veg fyrir það að nýtni vélar sé 100 -
  nýtnin er alltaf minni
• Hagkvæmustu vélarnar eru þær sem hafa besta nýtni
  og því er mikilvægt að minnka núning með
  smurningsefnum

23
Vélar 4.

• Einfaldar vélar framkvæma vinnu með einni
  hreyfingu.
• Samsettar vélar eru gerðar úr tveimur eða fleiri
  einföldum vélum

24
Einfaldar vélar 1.

• Vogarstöng
• Stöng sem snýst um fastan punkt (vogarásinn)

skilakraftur
vogarstöng
inntakskraftur
25
Einfaldar vélar 2.

• Trissa (talía)
• Band sem brugðið er um hjól
• Verkar á tvennan hátt
• Getur breytt stefnu krafts (föst trissa)
• Getur breytt stærð krafts (hreyfanleg trissa)

Föst trissa
26
Einfaldar vélar 3.

• Hjól og ás
• Hjól er kringlóttur hlutur sem snýst um minni
  kringlóttan hlut, ásinn
• Ef krafti er beitt á hjólið, margfaldast hann við
  ásinn

inntaks-kraftur
skilakraftur
27
Einfaldar vélar 4.

• Skáborð
• Skáborð er beinn, hallandi flötur
• Notaður til að koma hlutum upp á hærra svæði
• Hluturinn fer lengri leið, en þá þarf líka minni
  inntakskraft til að koma honum upp

Maðurinn þarf að koma steininum efst í
rennibrautina. Á hann að lyfta steininum beint
upp? Eða á hann að ýta honum upp rennuna?
28
Einfaldar vélar 5.

• Fleygur
• Tveir sléttir fletir sem mætast í hvössu horni
  egginni
• Þegar krafti er beitt á fleyginn, verður
  skilakrafturinn við eggina mikill
• Við brýnum hnífa til að þynna eggina og stækka
  þar með kraftahlutfallið þá þarf minni
  inntakskraft til að fá mikinn skilakraft

29
Einfaldar vélar 6.

• Skrúfa
• Skrúfa er í raun skáborð sem búið er að vefja um
  sívalning
• Skrúfa fer því í raun langa vegalengd til að auka
  kraftahlutfallið. Það þarf mikinn kraft til að
  koma skrúfunni á kaf í spýtu, en með því að
  notfæra sér skáborðið getum við gert þetta með
  handafli!