Övningsfrågor
Energi, krafter och elekticitet
Rita hur en atom ser ut med protoner, neutroner och elektroner. Vilken
laddning har elektronerna?
Denna fråga handlar om att förstå varför till exempel en
ballong man gnuggar mot håret fastnar på en väg eller
tak. Alla material innehåller atomer. Men med gummi
kan man gnugga av elektroner så att de lossnar från
håret och sätter sig på ballongen.
En atom kan man rita så här. Elektronerna finns ute i
ringarna, protoner och neutroner i mitten. Det är viktigt
att det finns lika många elektroner som protoner. På
bilden finns 17 e- och 17 p+.
Elektroner är negativt laddade. En ballong som fått extra
elektroner ifrån ditt hår sätter sig fast på väggen för att få
lämna sina extra elektroner till väggen och när den är
klar så lossnar ballongen.
Övningsfråga 1.
Rita en kolatom som har 12 protoner i kärnan.
Tips använd tre skal.
Förklara varför vi får elektrisk ström.
Elektisk ström är det som händer då
till exempel en ballong sitter på
väggen. Den lämnar ifrån sig
elektroner för att den har för många.
Elektrisk ström går mellan två saker
eller via en sladd. Anledningen till
strömmen är att det ska bli lika
många elektroner på båda ställena.
Elektroner från en plats med många
går till en annan plats där det är färre
och så håller det på tills det är lika
mycket. Som på bilden till höger.
Övningsfråga 2.
Ström kan man få ifrån ett batteri. Förklara vad
som är skillnaden mellan plus- och minuspolen
på batteriet.
Förklara varför olika laddning dras till varandra och lika stöter bort
varandra.
Två saker med lika laddning stöter bort
varandra för att ett material med redan
för många elektroner vill inte ha fler
elektroner från någon annan, den vill
ha protoner istället så att den kan få
lika många protoner som elektroner.
Då är den nöjd.
Grejer med olika laddning dras till
varandra för då kan de byta, antingen
(+)-laddningar eller (-)-laddningar med
varandra så att båda får lika mycket av
båda och båda grejerna blir nöjda.
I a & b stöter de bort
varandra.
I c dras de till varandra.
Övningsfråga 3.
Olika laddningar vill dra sig till varandra. Om
laddningarna är otroligt stora men det är ett
mellanrum, låt säga mellan ett moln och
marken.
Vad kan uppstå då? Förklara varför.
Rita en krets med lampa, strömbrytare och ett batteri. Rita en serie- och
en parallellkoppling med två batterier och en lampa. I vilket schema lyser
lampan starkast?
istället för att rita så
använder man symboler.
Krets med lampa, batteri och strömbrytare till vänster:
Krets med seriekoppling i mitten och krets med parallellkoppling till höger.
Lampan lyser starkast i kretsen med seriekoppling för då går strömmen
genom båda batterierna och ger dubbelt så mycket ström.
Övningsfråga 4
Rita en parallellkrets med två lampor, två
strömbrytare och ett batteri. Rita en krets så att
en lampa lyser om en strömbrytare är påslagen
och om båda strömbrytarna är påslagna så är
lyser ingen lampa.
Vad betyder ordet resistans?
Ordet resistans betyder motstånd.
Det är då elektronerna går långsammare i
en tråd.
Koppartråd har låg resistans. Silver har
lite lägre resistans och Järn har högre än
både koppar och Silver. Används i till
exempel i en lampa eller en resistor.
Övningsfråga 5
Resistans och motstånd kan liknas vid friktion.
Vad bildas då massor elektroner ska pressa sig
igenom en trång tråd?
Förklara hur strömmen går genom en glödlampa, varför glödtråden börjar
lysa och varför den inte går av inuti lampan.
I en lampa så kommer strömmen in vid botten, går
genom glödtråden och ut vid sidan. Behövs också
ett batteri.
Det är viktigt för annars blir det ingen krets som
elektronerna kan stömma runt i.
Glödlampan och glödtråden börjar glöda för det blir
så mycket motstånd (resistans) i glödtråden och
det är så många elektroner som vill igenom att det
börjar bli varmt. Så varmt att den börjar glöda.
Att tråden inte går av beror på att det inte finns
syre inuti lampan. (syre krävs för att tråden ska
brinna och gå sönder)
Övningsfråga 6
Rita hur du skulle kunna koppla ett batteri, en
lampa och endast en tråd så att lampan ändå
lyser.
Beskriv några energikällor och jämför ifall de är
förnybara eller icke förnybara.
Det finns några energikällor som är viktiga att känna till:
● Vattenkraft
● Vind
● Kärnkraft
● Kol
● Solen
Vatten, Vind och Sol är förnybara för att de kan inte ta slut.
Vattenkraft är förnybart tackvare vattnets kretslopp.
Kärnkraft och Kol är icke förnybara, för bränslet till kraftverken tar
man ur jorden snabbare än de kan nybildas och därför kommer de
tillslut vara borta
Övningsfråga 7
Vad kan vara positivt med kärnkraft och
kolkraft?
I vilken enhet anger man krafter.
Enheter använder man för att
När man pratar om krafter så säger man
vara överens om vad man pratar t.ex. tjugo Newton.
om.
Newton är enheten för kraft.
Om du frågar mig hur långt det är
mellan mitt hem och skolan och
jag säger tjugo, men inte enheten
mil, kilometer eller meter så vet
du inte vad jag menar.
Därför är det viktigt att säga
enheten.
Tackvare att man använder samma enhet
kan man räkna med dem och till exempel
lägga ihop krafter. Två krafter på 15 N åt
samma håll blir en stor kraft på 30 N.
Övningsfråga 8
Vad betyder enheten km/h och m/s?
Vilket är snabbast 50 m/s eller 50 km/h?
Om man väger ett föremål på balansvåg och vågen är i balans då det
finns en 10 kilosvikt i den andra skålen.
A. Hur stor är föremålets massa?
B. Hur stor är jordens dragningskraft på förmålet?
C. Hur stor är förmmålets tyngd?
b. Jordens dragningskraft är ca. 10 m/s2.
Innebär att jorden drar allting på jorden
a. För att en våg ska vara i
med en kraft som är 10. På månen med
balans så måste det vara lika
mindre dragningskraft så är kraften ca. två.
massor på båda sidor. Därför
c. Föremålets tyngd beror på
måste föremålets massa vara
dragningskraften. På jorden blir tyngden 10
10 kilo. Kilo är enheten för
kilo * 10 alltså 100 Newton. På månen
massa.
väger det mindre men har samma massa,
alltså 10 kilo * 2 ger en tyngd på månen
som blir 20 Newton.
Övningsfråga 9
Vilken tyngd har en person som väger 60 kilo,
vilken kraft måste man använda för att lyfta den
personen så att den inte ska nudda marken?
a. Krafterna 4 Newton och 5 Newton är riktade åt samma håll. Rita
krafterna med pilar. Hur stor är den kraft som kan ersätta dem?
b. Krafterna 4 Newton och 5 Newton är riktade åt motsatta håll. Rita
krafterna med pilar. Hur stor är den kraft som kan ersätta dem?
a. Är krafterna riktade åt samma
håll, är det som två personer
som drar på en sak åt samma
håll. Deras gemensamma kraft
blir därför 9 newton.
b. Är krafterna riktade åt olika håll är
det likt två personer som drar åt vart
sitt håll. Eftersom den ena är lite
starkare blir det en liten kraft åt
vänster.
Övningsfråga 10
Om två lika stora krafter drar på ett föremål.
Hur stor ska den kraft vara som kan ersätta
dem?
Om två lika stora krafter drar åt rakt motsatt hål
på ett föremål. Hur stor blir kraften som kan
ersätta dem? Vad vet man då om hur föremålet
rör sig?
Man ska använda en skriftnyckel för att skruva loss en mutter som rostat
fast. För att få loss muttern krävs en vridmoment (arbete) på 120 Nm. hur
stor kraft måste man använda om hävarmen är 0,2 meter?
Överst visar hur man skruvar loss
muttern för hand. För att vrida ett
varv så kräver det en kraft. Med
en skiftnyckel så
sparar man kraft.
Med en stor
nyckel går det
lättare än med en
liten. Allt enligt
Mekanikens
Gyllene regel.
Arbete (Vridmoment) är kraften
gånger sträckan.
Om hävarmen är 0,2 meter (20
centimeter) så är kraften lika med
arbetet dividerat med sträckan. Det
blir 120Nm/0,2m=600N
För 600 N gånger 0,2 m är lika med
120 Nm.
Innebär att en 60 kilo tung person
skulle kunna stå på skiftnyckeln och
muttern skulle kanske inte rubba sig.
Övningsfråga 11
Om du ska gunga gungbräda med din kompis
som väger 20 kilo och du väger 60 kilo. Du
sitter en meter ifrån mitten. Hur långt från
mitten måste din kompis sitta för att gungan
ska väga jämnt?
Ge exempel på när friktion kan vara bra respektive dåligt. Vad kan man
göra för att öka friktionen och vad kan man göra för att minska
friktionen?
Friktion beror på ojämnheter mellan olika material
och ytor. Den övre skaver mot den undre delen.
Som bilden till höger visar.
Det kan vara bra när bilens däck behöver få
fäste mot vägen när man bromsar.
Det kan vara dåligt då köksluckor gnisslar i
gångjärnen. Då kan man olja in gångjärnen för
att minska friktionen.
Att öka friktion kan man göra genom att trycka
hårdare mot underlaget eller ha dubbar på
däcken.
Övningsfråga 12
Ge mer exempel på när friktion kan vara bra
eller dålig.
Vilken enhet anger man arbete och energi i?
Enheten för arbete och energi är antingen
Joule
eller
Newtonmeter.
kan även använda kalorier.
Övningsfråga 13
Ge exempel på vad du kan använda energi till.
Hur stort arbete krävs för att lyfta 10 kilo en
halvmeter upp från marken? Hur mycket energi
krävs?
a.
b.
Vad innebär energiprincipen?
Vad innebär mekanikens gyllene regel?
Energiprincipen innebär att energi
kan inte förstöras utan kan bara
omvandlas från ett slag till ett annat.
Exempel så omvandlas solens energi
till kemisk energi genom fotosyntesen
så att vi får socker och mat att äta
tackvare solen.
Mekanikens gyllene regel säger att
det du sparar i kraft behöver ta en
längre väg.
Exempel som med skiftnyckeln. Du
behöver ta i med en större kraft om
skiftnyckeln är kort. Du behöver ta i
med en mindre kraft om skiftnyckeln
är stor.
Att gå sicksak upp för en backe är
lättare än att gå rakt upp. Men blir en
längre väg att gå.
Övningsfråga 14
Beskriv med hjälp av energiprincipen hur den
kemiska energin i ett äpple kan användas.
Hur kan mekanikens gyllene regel användas för
att förklara hur en skruv fungerar?
a.
b.
Hur stort arbete utför du om lyfter en 15 kilo tung låda upp på en
två meter hög hylla?
Hur stor lägesenergi får föremålet? Lägesenergi är den energi ett
Arbete är kraften gånger sträckan. Kraften är
vikten i kilo gånger dragningskraften. Alltså
15 kilo gånger 10 ger 150 Newton. Sedan är
sträckan 2 meter. Så arbetet blir 2 m gånger
150 N ger
300 Nm
förmål har ifall det skulle kunna
falla ner från en höjd. Det hör
ihop med historien om att
Newton träffades av ett äpple i
huvudet. Hur ont det gjorde
berodde på hur tungt äpplet
var och hur högt det hängde.
Så lägesenergi är massan i
kilo gånger dragningskraften
gånger höjden över golvet.
Exempel så blir lådans
lägesenergi samma som
arbetet enligt energiprincipen.
Övningsfråga 15
Ett föremål som väger 20 kilo lyfts upp 3 meter.
Hur stort arbete har man utfört och vad blir
föremålets lägesenergi?
Nämn två saker som avgör hur stor rörelseenergi ett föremål har.
Ett föremål som ligger uppe på en kulle börjar
rulla ner för backen får rörelseenergi som om
den träffar en bil kan ge en rejäl buckla.
Hur stor buckla det blir och hur stor energin är
beror på hur snabbt föremålet kommer mot bilen
och hur tungt föremålet är.
Svar: Snabbhet och vikt (kilo)
Övningsfråga 16
Vilket har störst rörelseenergi:
Ett föremål som rör sig med 10 m/s och väger
10 kilo. Eller ett föremål som väger 40 kilo och
rör sig med 5 m/s?
Rörelseenergi räknar man ut med formeln
(m*v*v)/2
a.
En person har tyngden 600 N och springer upp för en 5 meter
hög trappa. Hur stort arbete har personen gjort då hen står
på översta trappsteget? Hur stor effekt hade hen om det tog 6
sekunder att ta sig upp för trappan?
b.
Hur stort blir arbetet om hen också bär en låda som väger 10
kilo?
Effekt är ett mått på hur lång tid det tar att göra ett visst arbete. Det är likt ordet
effektiv. Att göra ett jobb snabbt är att vara effektiv.
a.
Det tog personen 6 sekunder. Arbetet är kraften gånger vägen. Alltså
600 N gånger 5 meter ger 3000 Nm. Sedan tar man arbetet delat med de
6 sekunderna. 3000/6 = 500 W. Enheten för effekt är Watt.
b.
Arbetet med en extra vikt blir 600 N + 10 kilo * 10 = 700 N, 700 N
gånger
5 meter = 3500 Nm
Övningsfråga 17
Beräkna effekten om personen väger 800 N,
upp 10 meter och det tar 8 sekunder.
Vagnen väger 20 kilo. Då den är vid A har den en viss lägesenergi. Denna lägesenergi motsvarar arbetet då den
rör sig från B till A.
a.
Hur stor är lägesenergin vid A?
b.
Hur stor är rörelseenergin vid B då vagnen rullar ned för backen?
c.
Hur högt uppför backen kommer vagnen efter B om det
försvinner 200 Joule till friktion och luftmotstånd?
a.
b.
c.
Vagnen i den översta bilden har lägesenergin 20 kilo gånger
10 (dragningskraften) gånger 3 meter = 600 Joule (Nm)
Rörelseenergin är enligt energiprincipen ( energi kan inte försvinna
bara omvandlas) samma som lägesenergin, alltså 600 Joule (Nm).
Eftersom 200 Joule omvandlas till värme genom friktionen så finns
det endast kvar 600 - 200 = 400 Joule rörelseenergi kvar. Det kan räcka
till en ny lägesenergi då vagnen rullar upp för backen för att till slut
stanna. Den lägesenergin är 400 Joule och då får man räkna baklänges.
400 = __ meter gånger 200 Newton. Alltså måste vagnen kunna komma
två meter uppför backen. 2 m * 200 N = 400 Joule
Övningsfråga 18
Vagnen väger 30 kilo, 2 meter upp i backen.
Vad blir rörelseenergin? Hur högt upp för den
motsatta backen kommer vagnen om friktionen
tar bort 100 Joule som värme?
