Energieomzettingen en behoud van energie
Bij energieomzettingen kijk je naar wat er met de energie gebeurt. Met de wet van behoud van energie reken je snelheden en hoogtes uit zonder de beweging stap voor stap te volgen.
Bij een beweging zonder wrijving blijft de totale energie gelijk. Zwaarte-energie wordt omgezet in kinetische energie, of andersom.
De wet van behoud van energie zegt dat energie niet verdwijnt. Ze verandert alleen van vorm. De afname van de ene energievorm is dus even groot als de toename van de andere, met tegengesteld teken: ΔEz = −ΔEk.
Arbeid is energieoverdracht door een kracht. Positieve arbeid geeft energie aan een voorwerp. Negatieve arbeid haalt energie weg. Wrijvingsarbeid is altijd negatief, daardoor wordt de kinetische energie kleiner en ontstaat warmte.
Bij een periodieke beweging, zoals een trilling of een stuiterbeweging, wisselen twee energievormen elkaar steeds af. Bij een stuiterende bal gaat bij elke botsing een deel van de energie naar warmte en geluid.
Het rendement is de nuttige energie gedeeld door de totale toegevoerde energie. Het rendement is nooit groter dan 1.
Bij een verticale worp en een vrije val gebruik je dezelfde formules. Let op het nulniveau van de zwaarte-energie, want daar begint de hoogte te tellen.
Onthoud
Zonder wrijving blijft de totale mechanische energie gelijk.
De afname van de ene energievorm is gelijk aan de toename van de andere.
Wrijvingsarbeid is negatief en zet energie om in warmte.
Het rendement is de nuttige energie gedeeld door de totale toegevoerde energie.
Bij een periodieke beweging wisselen twee energievormen elkaar af.
Voorbeeld uit een echt examen
ex1
Bij deze vraag is de stoel vanuit stilstand losgelaten. Gevraagd is de hoogte h boven het laagste punt, zonder wrijving.
- 1
Bij het loslaten is de stoel in rust, dus de kinetische energie is nul. Er is alleen zwaarte-energie.
Veelgemaakte fouten
Leerlingen rekenen met de snelheid in plaats van het kwadraat ervan, dus reken v² uit voordat je deelt.
Leerlingen laten de wrijvingsarbeid weg terwijl er wrijving is, dus neem dan W(wrijving) mee in de energiebalans.
Leerlingen kiezen het nulniveau van de zwaarte-energie niet goed, dus kies het laagste punt als nulniveau en houd dat vast.
Snel checken
Een bal met massa 0,50 kg valt vanuit stilstand 2,0 m. Hoeveel kinetische energie heeft de bal dan, zonder wrijving?
Een fietser remt en de kinetische energie neemt af. Waar komt die energie terecht?