Fizika za 8. razred

Dragi učenici, pred vama se nalazi sažeti sadržaj gradiva iz fizike za osmi razred devetogodišnje škole kojeg, prema Nastavnom planu i programu za osnovne škole Tuzlanskog kantona, teba realizovati do 31.3.2020. godine. Određeni dijelovi gradiva (izborni i prošireni sadržaji) su izostavljeni, a učenici koji ih žele savladati, mogu te sadržaje naći u važećim udžbenicima fizike za osmi razred. Sretan rad!

SEDMICA OD 16.3. DO 20.3. 2020. GODINE (DVA ČASA SEDMIČNO)

RAD, ENERGIJA, SNAGA

1. MEHANIČKI RAD

Važno je uočiti razliku između rada u svakodnevnom životu i pojma rada u fizici, tj. mehaničkog rada.

U svakodnevnom životu vršimo rad ne samo kada se krećemo ili obavljamo neki fizički posao, već i kada učimo, radimo zadaću, itd.

Pojam rada u fizici je vezan za pojam kretanja, tj. mehanički rad postoji samo ako se tijelo kreće dok na njega djeluje sila.

Oznaka za rad je A (ili W), a jedinica u SI džul (J).

Prikaz mehaničkog rada možete pogledati klikom na link ispod:

Mehanički rad

Mehanički rad definišemo kao proizvod sile (F) koja djeluje u pravcu kretanja tijela i dužine puta (s) na kojem je sila djelovala:

A = F ∙ s

Jedinica rada:

J = N ∙ m

Veće jedinice od J su 1 kJ = 1000 J (ili 10³ J), 1 MJ = 1 000 000 J (ili 10⁶ J), itd.

Manja jedinica koja se često koristi je 1 mJ = 0,001 J (ili 10⁻³ J). 

Veće i manje jedinice se tvore upotrebom međunarodnih prefiksa za tvorbu većih i manjih jedinica. 

Mehanički rad se može predstaviti i grafički.

Mehanički rad brojno je jednak površini paralelograma (pravougaonika ili kvadrata) čije su stranice brojno jednake intenzitetu sile, koja djeluje u pravcu kretanja tijela i dužine puta na kojem je sila djelovala.

1.1. Rad u polju sile Zemljine teže

Podignemo li neko tijelo, u polju Zemljine teže, na određenu visinu h iznad tla, ili iznad nekog drugog početnog (referentnog) nivoa, tada smo izvršili rad suprotstavljaući se sili Zemljine teže 

Sila (F) kojom smo djelovati na tijelo da ga podignemo na određenu visinu (h) brojno je jednaka sili Zemljine teže (F = mg), ali je suprotnog smjera. Rad te sile je:

A = mgh

Primjer 1.  Na koju visinu smo podigli kutiju mase 10 kg, ako smo pri tome izvršili rad od 196,2 J? Rješenje: m = 10 kg                 g = 9,81 m/s²                 A = 196,2 J

h = ?                 A = mgh ⇒ h = A/mg; h = 2 m Primjer 2.  Pritisak pare u parnoj mašini iznosi 120 kPa. Koliki rad izvrši klip poprečnog presjeka 1000 cm2 za 10 pomaka ako jedan pomak iznosi 50 cm? Rješenje: p = 120 kPa = 120 000 Pa                 S = 1000 cm² = 1000 : 10 000 = 0,1 m²                 n = 10                 l = 50 cm = 50 :100 = 0,5 m                 A = F ∙ s; F = p ∙ S, s = n ∙ l; A = p ∙ S ∙ n ∙ l; A = 60 000 J = 60 kJ  2. ENERGIJA Energiju označavvamo velikim štampanim slovom E. Energija se definiše kao mjera sposobnosti tijela da vrši rad. Postoje razni oblici (vidovi) energije: električna, hemijska, nuklearna, toplotna, mehanička, energija vode, energija vjetra, itd. https://phet.colorado.edu/sims/html/energy-forms-and-changes/latest/energy-forms-and-changes_en.html Jedinica za energiju u SI je džul (J), kao i za rad. Energiju nam daju izvori energije. Neki od tih izvora su obnovljivi, a neki ne. Energija se ne može uništiti niti stvoriti ni iz čega, ona samo prelazi iz jednog oblika u drugi. Ovo je zakon održanja energije. 2.2. Mehanička energija Energija, koju ima tijelo zbog svog kretanja, promjene oblika ili promjene položaja u odnosu na početni (referentni) nivo, zovemo mehanička energija. Razlikujemo dva vida mehaničke energije a to su kinetička i potencijalna. Potencijalna energija se javlja kao gravitaciona i elastična potencijalna energija. 2.2.1. Kinetička energija je vid mehaničke energije koju ima tijelo zbog svog kretanja. Kinetička energija tijela mase m, koje se u odsustvu rotacije kreće brzinom v, jednaka je polovini proizvoda mase tijela i kvadrata njegove brzine: Ek = mv²/2 2.2.2. Gravitaciona potencijalna energija je vid mehaničke energije koju ima tijelo podignuto na neku visinu u odnosu na početni (referentni) nivo. Kao mjera gravitacione potencijalne energije uzima se rad kojeg je potrebno izvršiti da se tijelo mase m podigne sa početnog nivoa na nivo na kojem se trenutno nalazi: Ep = mgh 2.2.3. Zakon održanja mehaničke energije: Ukupna mehanička energija izolovanog sistema, u kojem nema djelovanje sila trenja, jednaka je zbiru kinetičke i potencijalne energije i konstantna je: E = Ek + Ep = const. U izolovanom sistemu tijela djeluju samo međusobno, a ne i sa okolinom. Proučite video koji se odnosi na zakon održanja energije. 3. SNAGA Primjer: Dva radnika obavljaju istovjetan posao (vrše isti rad). Jedan radnik taj posao uradi za sat vremena, a drugi za dva sata. Koji radnik je uradio posao većom snagom? Odgovor: Onaj koji je taj posao uradio za kraći vrmenski period. Šta nam govori ovaj primjer? Govori nam da snagu kao fizičku veličinu dovodimo u vezu sa izvršenim radom i proteklim vremenom. Snaga je, zapravo, veličina koja nam govori o brzini vršenja nekog rada. Oznaka za snagu je veliko štampano slovo P, a jedinica u SI je wat (W). Snaga se definiše kao količnik izvršenog rada i proteklog vremena: P = A/t Snagu možemo dovesti u vezu sa silom i brzinom kojom se tijelo kreće: P = F ∙ v Jedinica snage 1W = 1J/s. Odavde slijedi da je jedinica za energiju i rad 1J = 1Ws. Veće i manje jedinice od 1W tvorimo upotrebom međunarodnih prefiksa za veće i manje jedinice (1kW, 1MW, 1mW,...). Veće jedinice od Ws koje se često koriste u praksi su kWh i MWh.  1kWh = 3 600 000 Ws Razlikujemo korisnu (Pk) i uloženu snagu (Pu). Njihov količnik daje veličinu koju zovemo koeficijent korisnog djelovanja (kkd ) i koju izražavamo u procentima: kkd = Pk/Pu Računski zadaci za vježbu: 1. Koliku gravitacionu potencijalnu energiju ima knjiga, mase 500 g, kada se podigne na policu visine 1,7 m? m = 500 g = 0,5 kg h = 1,7 m g = 9,81 m/s² Ep = mgh = 0,5 kg ∙ 9,81 m/s² ∙ 1,7 m = 8,34 J 2. Metak mase 10 g kreće se brzinom od 800 m/s, a dječak mase 40 kg trči brzinom od 18 km/h. Koje od ova dva tijela ima veću kinetičku energiju i za koliko? 3. Na koju visinu treba podići tijelo mase 10 kg, pa da mu gravitaciona potencijalna energija iznosi 1 kJ? (g = 10 m/s2) 3. Kameni blok mase 9 kg podigli smo na visinu 5 m. Kolika je gravitaciona potencijalna energija kamenog bloka na toj visini? Kolikom brzinom treba da se kreće tijelo mase 0,5 kg, pa da mu kinetička energija bude jednaka gravitacionoj potencijalnoj energiji kamenog bloka? (g = 10 m/s2) 4. Koliku vučnu silu razvija motor automobila, snage 45 kW, kada se automobil kreće brzinom od 54 km/h?