FIZYKA klasa I
Zagadnienia do działu: Energia i jej przemiany
(praca, moc, energia; zachowanie energii mechanicznej; ruch ciał w polu grawitacyjnym przy powierzchni Ziemi; energia wewnętrzna i jej zmiany; sposoby transportu energii wewnętrznej; I zasada termodynamiki)
Pytania sprawdzające:
Jak fizycy definiują pracę? Podaj jej jednostkę oraz przedstaw ją za pomocą jednostek
podstawowych.
Od czego zależy energia kinetyczna ciała? Do jakich wielkości fizycznych (wektorowych czy skalarnych) należy ?
Co rozumiemy przez pojęcie energii mechanicznej ? Podaj treść prawa zachowania energii mechanicznej.
Co to jest energia potencjalna i jakie znasz jej rodzaje?
Podaj definicję mocy i jej jednostkę.
Jaki jest związek pracy z energią mechaniczną ?
Kiedy siła działając na poruszające się ciało nie wykonuje pracy?
Jaką pracę wykonuje siła tarcia kinetycznego ?
Od czego zależy wartość energii potencjalnej ciała w polu grawitacyjnym jednorodnym (np. przy powierzchni Ziemi)?
Dlaczego praca wykonana podczas podnoszenia ciała z przyśpieszeniem jest większa od uzyskanej przez to ciało energii potencjalnej ?
Co nazywamy energią wewnętrzną ciała ? Co głosi zasada zachowania energii wewnętrznej (bilansu cieplnego) ?
Co to jest ciepło ? W jakich jednostkach je mierzymy ?
W jaki sposób można zmienić energię wewnętrzną ciała ? Jakie prawo to opisuje ?
Co głosi I-sza zasada termodynamiki ? Jakie jest jej głębsze uzasadnienie ?
Jakie znasz sposoby przenoszenia energii wewnętrznej (ciepła)?
Czy jest możliwe, że po zetknięciu ciał o różnych temperaturach, ciało, które miało mniejszą energię wewnętrzną, oddaje ciepło ciału, którego energia wewnętrzna była większa ?
Jak definiujemy ciepło właściwe ciała ? W jakich jednostkach je mierzymy ?
Dlaczego ciecz w termosie długo utrzymuje swoją temperaturę niezależnie od temperatury otoczenia ?
Dlaczego sanitariusze pogotowia ratunkowego często okrywają ofiarę wypadku cienką błyszczącą, metalową folią ?
Która gwiazda ma wyższą temperaturę powierzchni - ta która świeci na niebiesko czy ta która świeci na czerwono ?
Aby pod normalnym ciśnieniem woda wrzała, nie wystarczy by miała temperaturę 100 ˚C lecz trzeba cały czas dostarczać energię. Wyjaśnij dlaczego woda w kubku zanurzonym we wrzącej wodzie (bez dotykania ścian garnka) nigdy nie wrze ?
Zadania sprawdzające: ( W poniższych zadaniach przyjmij g = 10 m/s2 . )
Dźwig podnosi kontener o masie m = 3 tony na wysokość h = 5 m w ciągu 2 min. Jaką pracę przy tym wykonuje? Jaka jest jego moc ?
Oblicz średnią moc alpinisty o masie m = 70 kg, który w czasie t = 5 h potrafi wspiąć się na wysokość h = 2000 m, licząc od punktu wyjścia.
Dźwig wieżowy o mocy 30 kW może podnieść element budowlany o masie 5 ton na wysokość 20 m. Oblicz czas w jakim może to uczynić.
Ile razy energia kinetyczna piłki o masie m1 = 2 kg, rzuconej z prędkością v1 = 10 m/s, jest mniejsza od energii pocisku o masie m2 = 0,2 kg wystrzelonego z prędkością
v2 = 100 m/s ?
Ciało o masie m = 10 kg poruszało się z prędkością v = 20 m/s. Czy (ile razy ?) zmieni się energia kinetyczna tego ciała gdy jego masa zmaleje 10 razy a prędkość wzrośnie 10 razy ?
Uczeń wbiega po schodach na drugie piętro pokonując wysokość h = 6 m w czasie t = 6 s. Oblicz moc ucznia, wiedząc że jego masa wynosi 60 kg.
Jak wielką pracę należy wykonać, aby kuli karabinowej o masie m = 10 g nadać prędkość v = 1000 m/s ?
Jaka jest moc lokomotywy pociągu pospiesznego jadącego z prędkością 108 km/h, wiedząc że jej siła ciągu wynosi 240 kN ?
Z jakiej wysokości musiałoby spaść ciało aby jego prędkość końcowa wynosiła
72 km/h ?
Jaką pracę wykonuje siła dośrodkowa podczas jednostajnego ruchu po okręgu ciała o masie m = 2kg na drodze s = 7m ?
Z jaką maksymalną prędkością może się poruszać kulka wahadła, gdy jej maksymalna wysokość wzniesienia ponad położenie równowagi wynosi h = 0,1 m ? Pomiń opory ruchu i masę nici na której zawieszona jest kulka.
Pocisk o masie m = 0,1 kg wbił się w deskę na głębokość s = 0,1 m. Oblicz pracę siły
oporu hamującej ruch pocisku, jeżeli początkowa prędkość pocisku wynosiła
v = 1000 m/s.
Jaką prędkość uzyska kamień na dnie studni o głębokości h = 20 m, jeżeli nadamy mu prędkość początkową skierowaną w dół studni o wartości 10 m/s ?
Marek podrzucił kulkę o masie m = 10 g nadając jej prędkość v0 = 10 m/s na wysokości h0 = 1m nad podłogą. Kulka uderzyła w sufit na wysokości h1 = 3 m. Jaka była prędkość kulki w chwili uderzenia w sufit?
Pocisk o masie m = 0,01 kg poruszający się z prędkością v = 800 m/s trafia w belkę drewnianą i zostaje uwięziony w jej wnętrzu. O ile wzrośnie energia wewnętrzna układu pocisk-belka ?
O ile zwiększyła się temperatura 2 kg wody, jeżeli podczas ogrzewania jej energia wewnętrzna wzrosła o 105 J ? Ciepło właściwe wody wynosi 4180 J /(kg K).
O ile wzrośnie temperatura kropli deszczu spadającej ruchem jednostajnym z wysokości 1km przy założeniu, że połowa jej początkowej energii potencjalnej spowoduje w czasie ruchu w atmosferze zwiększenie energii wewnętrznej kropli ? Ciepło właściwe wody wynosi 4180 J /(kg K).
O ile zwiększyła się energia wewnętrzna układu klocek-stół, gdy klocek o ciężarze
20 N został przesunięty na drodze s = 1,5 m ? Współczynnik tarcia klocka o stół wynosi 0,2.
Jaka jest wartość pracy wykonanej przez gaz zamknięty w cylindrze z ruchomym tłokiem, jeżeli dostarczono mu 103 J ciepła, a ubytek jego energii wewnętrznej wyniósł 105 J ? Co można powiedzieć o zmianie temperatury gazu?
Jaką pracę należy wykonać, aby ciało o masie m= 10 kg przenieść z przyspieszeniem a = 2 m/s2 na wysokość h = 10 m ?
Jaką pracę wykona siła F = 5 N równoległa do poziomego toru, po którym, bez tarcia, przesuwa ciało o masie m = 10 kg w czasie t = 5 s ?
Oblicz pracę potrzebną na to, aby sześcian o boku a = 1 m, o masie m = 500 kg przewrócić z jednego boku na drugi ?
Jaką pracę należy wykonać, aby wzdłuż równi pochyłej o kącie nachylenia α = 30˚ przesunąć bez tarcia na drodze s = 5 m ciało o masie 10 kg?
Oblicz moc wodospadu o wysokości h = 5 m, dla którego średni przepływ wody (ρ = 1000 kg/m3 ) wynosi 2 m3/s.
Ciało o masie m = 2 kg wciągnięto ruchem jednostajnym na szczyt równi o długości
s = 1 m i kącie nachylenia α = 30˚ . Współczynnik tarcia μ = 0,2. Oblicz pracę siły F, która spowodowała ten ruch.