Bygg en kulerullebane - - om Stillingsenergi og Kinetisk energi En praktisk mekanisk øvelse som introduksjon til elektrisitetslæra av Nils Kristian Rossing Skolelaboratoriet ved NTNU

2 Antall ladning pr. sek = I Ladningenes midlere fart Antall ladning pr. sek = I Ladningenes midlere fart Hvor kommer energien fra som stråler ut av lyspæra? Lys Varme Strømretning

3 Bygg en kulerullebane Dere skal bygge en kulerullebane og en bil i løpet av 30 min. med påfølgende konkurranse Posisjon for start og slutt er bestemt (1, 5 meter langs gulvet) Banen skal ha minst en loop Når kula forlater banen skal den skyve bilen lengst mulig langs gulvet Dere skal bruke en stol og en pult som stativ for banen Dere har to kuler. Velg en av dem I konkurransen har dere tre forsøk

4 Hvorfor denne øvelsen? Fordi… … den handler om energiformer og energioverføring som også el-læra gjør … den kan være et hjelpemiddel til å forstå strøm og spenning … den illustrerer hvordan ulike fenomener henger sammen … den har verdi i seg selv som mekanisk øvelse … den er en kreativ oppgave som krever samarbeid og refleksjon … den er et positivt avbrekk i en ellers teoretisk framstilling

5 Hvor er det lurest å plassere loopen? (Refleksjon) Det er lurest å ha loopen på midten. Da har kula nok fart til å gå rundt, samtidig som den ikke mister så mye fart på slutten. Det er lurest å ha loopen så langt nede som mulig. Da vil kula ha størst fart og mister derfor minst fart. Det spiller ingen rolle hvor loopen plasseres. Det er lurest å ha loopen så høyt som mulig, da mister kula minst fart.

6 Er det lurest at kula blir med bilen, eller bare støter bort til? (Refleksjon) Det er best om kula bare støter borttil bilen, da slipper den å frakte kula, som tapper den for energi. Det beste er om kula blir med bilen. Da vil mest mulig av energi en fra kula bli overført til bilen. Det spiller ingen rolle om en gjør det ene eller det andre.

7 Ulike typer energi Hva bruker vi energi til? - Knytte energibegrepet til hverdagssituasjonen Hvordan skal vi definere begrepet energi? - Energi er det som skal til for å utføre et arbeid Hvilke to hovedtyper energi har vi? - Stillingsenergi - Bevegelsesenergi Har en ball som er i ro, energi? - Hva bestemmer størrelsen på stillingsenergien? Hvilken type energi har en ball i bevegelse? - Hva bestemmer størrelsen på bevegelseenergien? Hva er ”energitap”? - Noe energi overføres til uønskede formål Hva er energioverføring? - Det er først når energi overføres fra en form til en annen at det utføres et arbeid

8 Stillingsenergi og bevegelsesenergi m h g Stillingsenergi = m·g·h m v Bevegelsesenergi = ½·m·v 2 M

9 Energiomvandling - energioverføring Hvor blir det av energien til en ball som spretter? Energi forsvinner ikke, den omdannes til mindre høyverdige energiformer Hva skjer når vi slipper to baller sammen? Det skjer en energioverføring mellom ballene

10 En enkel teste på forståelse Gallileo’s pendelforsøk

11 Bygg og test kulerullebanen Dere har 30 min. på jobben

12 Kulerullebane Stillingsenergi og bevegelsesenergi

13 Diskusjon Hvilke egenskaper ved banen og kula hadde størst betydning for resultatet? - Hvorfor? Hvilke egenskaper ved bilen hadde størst betydning for resultatet? - Hvorfor? Hvor var det mest hensiktsmessig å plassere loopen? - Hvorfor? Var det lurest å la kula støte bort i kartongen eller bli med kartongen? - Hvorfor?

14 Nok en enkel test på forståelse Hvilken bane gjør at kula kommer først ned? Hvilken bane gir kula størst fart ut av banen? Det Brakhistokrone problem – Raskeste rullebane

15 En litt vanskeligere test Hvilken bane gjør at kula kommer først fram? Hvilken bane gir kula størst fart ut av banen?

16 Oppsummering Energi er det som skal til for å utføre et arbeid Energi forsvinner ikke, men kan omdannes til mindre høyverdige energiformer Stillingsenergi til en gjenstand er gitt av høyden, massen og tyngdeaksellerasjonen E P = m g h Bevegelsesenergi til en gjenstand er gitt av massen og farten E K = ½ m v 2