Kot je razvidno že iz naslova našega projekta, smo izdelovale vozilo, kjer je spuščanje uteži povezano z njegovim premikanjem. Opravka imamo torej s pretvorbo potencialne energije v kinetično energijo, zaradi česar je za razumevanje rezultatov eksperimenta pomembno poznavanje teorije o energiji in pospešenem gibanju.
ENERGIJA
Energija sistema je skupna energija vseh teles v opazovanem sistemu. Poznamo več vrst energij, pri čemer si bomo podrobneje ogledali kinetično, potencialno in notranjo energijo.
1. Kinetična energija
Telesa, ki se gibljejo, imajo kinetično energijo. Ta je odvisna od mase telesa m in hitrosti v. Izračunamo jo po formuli:
Wk = ½ mv^2.
Enota za katerokoli vrsto energije je joule:
J = kgm^2/s^2.
2. Potencialna energija
O potencialni energiji lahko govorimo, ko v opazovan sistem izberemo tudi Zemljo. Imajo jo telesa, ki so dvignjena nad oziroma spuščena pod začetni nivo, ki ga določimo in je v njem vrednost potencialne energije nič. Razliko v višini glede na začetni nivo označimo s h, pri čemer je h pozitiven pri dvignjenih telesih in negativen pri spuščenih. Potencialno energijo izračunamo po formuli
Wp = mgh,
kjer je m masa telesa in g težni pospešek. Za računanje uporabljamo približek
g = 9,81 m/s^2.
3. Notranja energija
Vsakemu sistemu lahko pripišemo notranjo energijo, ki je odvisna od temperature, tlaka, prostornine, kemijske sestave in drugih lastnosti posameznega dela sistema.
Energija sistema se ohranja, če ta iz okolice ne prejme nobenega dela zunanje sile ali toplote. Vedno si določimo opazovano začetno in končno stanje, za kateri opazujemo energijske spremembe. Velja posplošeni zakon o mehanski energiji:
Wk + Wp + Wpr + A = Wk' + Wp' + Wpr' + ∆Wn.
V enačbi Wk, Wp in Wpr predstavljajo začetno, Wk', Wp' in Wpr' pa končno kinetično, potencialno in prožnostno energijo. Z A označujemo prejeto delo in z ∆Wn spremembo notranje energije. Izkoristek pri pretvorbi energije izračunamo kot razmerje med obema oblikama energije.
POSPEŠENO GIBANJE
Gibanje telesa je pospešeno, če njegova hitrost ni konstantna. Gibanje našega vozička smo po opravljenih meritvah aproksimirale kot enakomerno pospešeno. Za to vrsto gibanje je značilno, da se hitrost opazovanega telesa premo enakomerno spreminja s časom. Zato je pospešek a, definiran kot razmerje med spremembo hitrosti ∆v in časa ∆t, konstanten. Gre za vektorsko količino, ki ima smer enako kot sprememba hitrosti. Velikost pospeška se izračuna po formuli
a = ∆v/∆t,
kjer ∆v = vk- vz , ∆t = tk - tz in indeksa označujeta začetno in končno količino. V zavihku eksperiment smo uporabljale notacijo t1 in t2. Pospešek predstavlja smerni koeficient premice grafa hitrosti v odvisnosti od časa.
Grafa hitrosti in pospeška v odvisnosti od časa.
Hitrost telesa, ki se giblje enakomerno pospešeno, izračunamo po formuli:
v = vz + a·∆t.
Iz grafa hitrosti v odvisnosti od časa lahko razberemo tudi premik telesa x oziroma pot s, ki jo telo opravi. Ta je enaka ploščini pod grafom hitrosti za izbran časovni interval. Pot za razliko od hitrosti narašča kvadratno s časom.
Graf poti v odvisnosti od časa.
Opravljeno pot izračunamo po formuli:
s = vz ·t + ½ a·t^2.
Vira slik: Eucbeniki.sio, licenca: Creative Commons 2.5
Elements of Robotics, licenca: Creative Commons Attribution 4.0 International