Välkommen till Resurscentrums frågelåda!

 

Vill du ha ett snabbt svar - sök i databasen: Anpassad Google-sökning
(tips för sökningen).
Använd diskussionsforum om du vill diskutera något.
Senaste frågorna. Veckans fråga.

5 frågor/svar hittade

[19125]

Fråga:
Hej! Jag har börjat i en skola i Zagreb och har fysik på engelska. En enkel fråga ; vad är input och output force på svenska?
/Andreas S, AISZ, Zagreb

Svar:
Hej Andreas!

Jag tror inte begreppen är strikt definierade, men jag föreslår för t.ex. hävstång (Hävstång ):

input force - anlagd kraft
output force - resulterande kraft
/Peter E

Nyckelord: hävstång [5];

*

Kraft-Rörelse [17076]

Fråga:
Hej! Det går att lyfta ganska många böcker med hjälp av bara en liten plastpåse och ett sugrör. Hur kommer det sig?
/Marie G, Önnestads skola, Önnestad

Svar:
Hej Marie! Det är analogt (liknar) effekten man får med en hävstång, dvs man förstärker en kraft genom att betala priset i sträckan kraften verkar på, se fråga 15286 .

Plaspåsen fungerar som ett hydraulik-system (se nedanstående figur från Wikimedia Commons, Hydraulik ). Om du trycker på den vänstra cylindern får du ett övertryck i vätskan (ofta någon sorts olja). Detta övertryck transporteras av vätskan till nedre ytan av den högra cylindern. Eftersom totala kraften F är trycket*ytan=p*A får vi

p = F1/A1 = F2/A2

och alltså F2 = F1*(A2/A1). Eftersom A2 är större än A1 får vi en förstärkning av kraften F1.

Hydraulik-system används vanligen i bromsar för personbilar.

Plastpåsen med sugröret fungerar precis på samma sätt men det kallas pneumatik i stället för hydraulik eftersom vi har en gas i stället för en vätska.

Pneumatik-system används i bromsar för lastbilar och tåg eftersom det skulle vara risk för överhettning av bromsoljan. (Du har säker hört pysandet när övertrycket släpps ut.)

En domkraft man använder för att lyfta bilen är antingen en sorts hävstång eller ett hydraulik-system.



/Peter E

Nyckelord: hävstång [5]; *vardagsfysik [60];

*

Energi, Kraft-Rörelse, Värme [16552]

Fråga:
Hur omvandlas bilens bränsle till rörelseenergi?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Hur omvandlas bilens bränsle till rörelseenergi och kan man ta vara på värmeenergin som bildas vid inbromsning och i så fall används den metoden idag? Hur fungerar bromsar och styrsystem, med och utan servo?
/Alida F, Uppgårdskolan, Stenhamar

Svar:
Alida! Det är mycket omfattande frågor du ställer och de är delvis mer teknologi än fysik. Jag kommer att behandla några av de fysikaliska aspekterna i din fråga.

Förbränningsmotorer

Bilens bränsle förbränns tillsammans med syre från luften i en cylinder. Varm gas tar mer plats än kall gas och expansionen driver en kolv. Via en vevaxel omvandlar man fram-och-tillbaka rörelsen till rotation som kan driva hjulen, se nedanstående animering från Wikimedia Commons (Engine ). Observera att det är inte den höga temperaturen i sig som driver förbränningsmotorn utan skillnaden i temperatur mellan de varma och kalla delarna. En förbränningsmotor måste alltså alltid kylas - oftast med vatten. I ett kraftverk eller fabrik kan man använda kylvattnet för uppvärmning, men i en bil är det varma kylvattnet en ren energiförlust. Effektiviteten (verkningsgraden) för en förbränningsmotor (producerat mekaniskt arbete/(bränslets energiutveckling) är av storleksordningen 40% (Internal_combustion_engine ).

Bromsar

Den traditionella konstruktionen för bromsar är två plattor eller cylindrar som bringas i kontakt och genom friktion förvandlar mekanisk energi till värme. Normalt är denna värme en ren förlust.

Det finns emellertid bromsar som återanvänder bromsenergin.

Om bilen drivs av en elmotor och batterier kan man använda motorn som broms. Elmotorn blir i stället en generator som producerar ström som laddar patterierna. Det är alltså det mekaniska motståndet från generatorn (Lenz's_law ) som ger bromsverkan. En stor del av energin kommer till nytta från det uppladdade batteriet. Se Regenerative_brake#The_motor_as_a_generator .

En annan lösning är att använda sig av ett svänghjul. Ett svänghjul (se Flywheel ) är en mekanisk anordning vars syfte är att lagra rörelseenergi genom att en tung cylinder sätts i rotation. För ett fordon överför man rörelseenergi till rotationsenergi hos svänghjulet. Denna rotationsenergi kan sedan återanvändas för acceleration. Systemet används bland annat av några stall i Formel 1. Systemet kallas KERS (Regenerative_brake#Kinetic_Energy_Recovery_Systems ). Man kan med detta system få några extra hästkrafter för en snabb omkörning. Svänghjulet laddas alltså upp av uppbromsningarna. Anledningen till att inte alla Formel 1 stall använder KERS är att systemet är ganska tungt (c:a 25 kg) och därför medför begränsningar i den optimala viktfördelningen i bilen. (Kommentar: Systemet var förbjudet under säsongen 2010, men är tillåtet från säsongen 2011.)

Hydraulik/servosystem

Hydraulik är ett system med två kolvar med olika diameter som är förbundna med en slang innehållande en vätska, vanligen olja. Vätskan är inkompressibel (kan inte tryckas ihop), och man skapar ett övertryck genom att trampa på en pedal. Om kolvarnas ytor förhåller sig som 1/10 får man en förstärkning av kraften med en faktor 10. På samma sätt som för en hävstång betalar man kraftförstärkningen med att den mindre kraften verkar över en längre sträcka, se Hydraulik .

Ett servo-system skall enligt en strikt definition (Servomechanism ) även innehålla en extern drivkälla (t.ex. vakuum från motorn) och återkoppling.



/Peter E

Nyckelord: hävstång [5]; friktion [44]; verkningsgrad [20]; energilagringssystem [7]; formel 1 [2];

*

Kraft-Rörelse [15294]

Fråga:
Varför är en frysskåpsdörr så trög att öppna igen, efter att man precis har stängt den?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Varför är en frysskåpsdörr så trög att öppna igen, efter att man precis har stängt den?
/Lina T

Svar:
Det är så att man inte skall kunna nalla av glasspinnarna hela tiden .

Det är lufttrycket som håller igen dörren. Avkylningen av luften i frysen orsakar ett undertryck. Efter en stund (några minuter) utjämnas detta undertryck eftersom frysen inte är helt tät.

Låt oss göra en uppskattning av hur stor kraften kan bli. Vi använder den allmänna gaslagen:

pV = nRT

p = trycket, V = volymen, n = antal mol, R = allmänna gaskonstanten,
T = absoluta temperaturen

Anta att rumstemperaturen är 20oC och temperaturen i frysen är -20oC. I gaslagen skall vi använda absoluta temperaturer, så temperaturerna blir Trum=273+20=293 K och Tfrys=273-20=253 K.

Vi kan skriva gaslagen som

p = (nR/V)T = konstant*T

Om n är antal mol gas i frysen när dörren precis stängs, så är n och naturligtvis även V konstanta. Vi får

pfrys = konstant*Tfrys
prum = konstant*Trum

Varav följer

pfrys = (Tfrys/Trum)*prum

Normaltrycket i rummet är ungefär 105 Pa (N/m2) varför vi får

pfrys = (253/293)*105 = 86348 Pa

Undertrycket blir alltså 100000-86348 = 14000 Pa

Om dörrens yta är 1 m2 så är alltså kraften från övertrycket hela 14000 N. Detta motsvarar en vikt på 1400 kg!

Detta låter ganska mycket (vi borde inta alls kunna få upp dörren), men vi har räknat lite väl optimistiskt. För det första hinner inte all luft i den kalla frysen bytas ut. Om vi har dörren öppen så länge att all luft bytts ut, kommer det i stället ta mycket lång tid att kyla ner luften, och rumsluft kommer att läcka in. Dessutom är handtaget placerat i kanten av dörren och inte i mitten. Hävstångslagen ger då att den erforderliga kraften blir hälften så stor.

En riktigt gammal horisontell frys ger inte stor effekt eftersom den kalla luften stannar i frysen - kall luft har ju högre densitet. En modern frys med plastbackar ger även den liten effekt eftersom ingen kall luft kommer in. En halvgammal öppen frys ger bäst effekt - den kalla luften formligen rinner ut när man öppnar dörren!

Enkelt experiment:
För att illustrera att kall luft ger undertryck: Sätt på korken på en tom PET-flaska och lägg flaskan i frysen. När flaskan är kall tar man ut den och lossar försiktigt på korken. Vad händer och varför?
/Peter E

Nyckelord: gaslagen, allmänna [21]; lufttryck [18]; hävstång [5];

*

Kraft-Rörelse [15286]

Fråga:
En hävstång fungerar ju så att för varje meter multpliceras tyngden. Varför blir det så?
/Robin P, Centralskolan, Åtvidaberg

Svar:
En hävstång är ett oböjligt föremål som används tillsammans med en lämplig vridningspunkt eller pivotpunkt för att öka eller minska den resulterande kraft som en påverkande kraft utövar i hävstångens andra ände. (Lever )

I djupaste mening kan man aldrig svara på varför-frågor i fysik. Det är helt enkelt som det är. Men man kan se samband och inse att olika observationer är vad man kallar konsistenta (inte är i strid mot varandra). När det gäller en hävstång så minskar den behövliga kraften när avståndet från rotationscentrum ökar. Avståndet över vilken kraften måste verka för att ge önskat resultat ökar emellertid i samma mån. Slutresultatet är att arbetet är oberoende av var på en hävstång kraften appliceras. För en ideal hävstång måste de vara så enligt lagen om energins bevarande. Antag att den behövliga kraften på avståndet 1 m är F och förflyttningsavståndet x. I så fall utförs arbetet

W(1 m) = F x

På avståndet 2 m krävs enlig hävstångslagen kraften F/2. Arbetet blir då

W(2 m) = (F/2)*2x = F x = W(1 m)

Arbetet är alltså oberoende av var kraften appliceras, men ju längre hävstång man har desto mindre kraft krävs. Hävstångslagen kan alltså ses som en yttring av lagen om energins bevarande.

En hävstång (nedanstående figur) kan, och den är stark och om man har en stadig anläggningspunkt, avändas för att åstadkomma mycket stora krafter. Man använder ofta en sorts hävstång för att lossa hårt dragna muttrar när man skall byta däck på bilen. Se vidare Lever .

Citat tillskrivet Arkimedes (c:a 287 fKr – 212 fKr, Archimedes ): Ge mig en fast punkt och jag skall rubba jorden.

Vridmoment
Produkten F*s där F är kraften och s är avståndet mellan kraftens anläggningspunkt och fixpunkten kallas vridmoment och mäts i Nm (kraften i N och avståndet i m).

Jämvikt hos gungbräda
Antag vi har en gungbräda som obelastad är i jämvikt. Om vi placerar massan m1 på ett avstånd av x1 från fixpunkten, var skall vi placera massan m2 för att få jämvikt?

Vid jämvikt skall vridmomentet på båda sidor vara lika. Kraften på massan m är m*g, så villkoret för jämvikt är

m1gx1 = m2gx2

eller

x2 = m1x1/m2



/Peter E

Nyckelord: kraft [11]; arbete [23]; vridmoment [7]; hävstång [5];

*

Ämnesområde
Sök efter
Grundskolan eller gymnasiet?
Nyckelord: (Enda villkor)
Definition: (Enda villkor)
 
 

Om du inte hittar svaret i databasen eller i

Sök i svenska Wikipedia:

- fråga gärna här.

 

 

Frågelådan innehåller 7168 frågor med svar.
Senaste ändringen i databasen gjordes 2017-07-06 14:08:20.


sök | söktips | Veckans fråga | alla 'Veckans fråga' | ämnen | dokumentation | ställ en fråga
till diskussionsfora

 

Creative Commons License

Denna sida från NRCF är licensierad under Creative Commons:
Erkännande-Ickekommersiell-Inga bearbetningar
.