Ítarleg svör

9.1 Vinna, afl og vinnu-hreyfiorkusetningin

Spurning 46. Vinna getur verið neikvæð jafnt sem jákvæð, því hlutur eða kerfi getur bæði unnið vinnu á umhverfi sínu og orðið fyrir vinnu frá umhverfinu. Hver eftirfarandi staðhæfinga lýsir bæði aðstæðum þar sem hlutur vinnur vinnu á umhverfi sínu með því að minnka hraða sinn og aðstæðum þar sem hlutur getur unnið vinnu á umhverfi sínu með því að lækka hæð sína?

1. Bensínvél brennir minna eldsneyti á minni hraða. Sólarsellur fanga sólarljós til að framleiða rafmagn.
2. Tvinnbíll hleður rafhlöður sínar þegar hann hægir á sér. Fallandi vatn snýr hverfli til að framleiða rafmagn.
3. Vængbörð flugvélar nota loftmótstöðu til að hægja á henni fyrir lendingu. Rísandi gufa snýr hverfli til að framleiða rafmagn.
4. Rafmagnslest þarf minni raforku þegar hún hægir á sér. Fallhlíf fangar loft til að hægja á falli fallhlífarstökkvara.

Spurning 47. Drengur dregur stúlku í barnavagni á jöfnum hraða. Hann byrjar að toga fastar og hraði vagnsins eykst. Hver eftirfarandi staðhæfinga lýsir tveimur leiðum til að reikna breytinguna á orku vagnsins og stúlkunnar, ef allar nauðsynlegar upplýsingar væru þekktar?

1. Reikna vinnuna út frá kraftinum og hraðanum. Reikna vinnuna út frá breytingu á stöðuorku kerfisins.
2. Reikna vinnuna út frá kraftinum og færslunni. Reikna vinnuna út frá breytingu á stöðuorku kerfisins.
3. Reikna vinnuna út frá kraftinum og hraðanum. Reikna vinnuna út frá breytingu á hreyfiorku kerfisins.
4. Reikna vinnuna út frá kraftinum og færslunni. Reikna vinnuna út frá breytingu á hreyfiorku kerfisins.

9.2 Vélræn orka og varðveisla orku

Spurning 48. Þyngdarhröðun á tunglinu er 1,6 m/s², eða um það bil 16% af g á jörðinni. Ef geimfari á tunglinu kastaði tunglsteini upp í 7,8 m hæð, hver væri hraði hans þegar hann skellur á yfirborð tunglsins? Hvernig hefði það áhrif á hraðann að tunglið hefur engan lofthjúp? Útskýrðu svarið.

1. Hraði steinsins þegar hann lendir á yfirborðinu væri 5,0 m/s. Vegna þess að loftmótstaða er engin breytist stöðuorkan að fullu í hreyfiorku þegar steinninn lendir á yfirborði tunglsins.
2. Hraði steinsins þegar hann lendir á yfirborðinu væri 5,0 m/s. Vegna þess að loftmótstaða er engin breytist stöðuorkan ekki að fullu í hreyfiorku þegar steinninn lendir á yfirborði tunglsins.
3. Hraði steinsins þegar hann lendir á yfirborðinu væri 12 m/s. Vegna þess að loftmótstaða er engin breytist stöðuorkan að fullu í hreyfiorku þegar steinninn lendir á yfirborði tunglsins.
4. Hraði steinsins þegar hann lendir á yfirborðinu væri 12 m/s. Vegna þess að loftmótstaða er engin breytist stöðuorkan ekki að fullu í hreyfiorku þegar steinninn lendir á yfirborði tunglsins.

Spurning 49. Bjarg veltur ofan af fjalli, fer yfir dalinn fyrir neðan og veltur hluta leiðarinnar upp hrygg hinum megin. Lýsið öllum orkuumbreytingunum sem eiga sér stað og tilgreinið hvenær þær verða.

1. Þegar bjargið veltur niður fjallshlíðina breytist hreyfiorka í stöðuorku. Þegar bjargið veltur upp brekkuna hinum megin breytist stöðuorka í hreyfiorku. Bjargið veltur aðeins hluta leiðarinnar upp hrygginn vegna þess að hluti stöðuorkunnar hefur breyst í varmaorku vegna núnings.
2. Þegar bjargið veltur niður fjallshlíðina breytist hreyfiorka í stöðuorku. Þegar bjargið veltur upp brekkuna hinum megin breytist hreyfiorka í stöðuorku. Bjargið veltur aðeins hluta leiðarinnar upp hrygginn vegna þess að hluti stöðuorkunnar hefur breyst í varmaorku vegna núnings.
3. Þegar bjargið veltur niður fjallshlíðina breytist stöðuorka í hreyfiorku. Þegar bjargið veltur upp brekkuna hinum megin breytist stöðuorka í hreyfiorku. Bjargið veltur aðeins hluta leiðarinnar upp hrygginn vegna þess að hluti stöðuorkunnar hefur breyst í varmaorku vegna núnings.
4. Þegar bjargið veltur niður fjallshlíðina breytist stöðuorka í hreyfiorku. Þegar bjargið veltur upp brekkuna hinum megin breytist hreyfiorka í stöðuorku. Bjargið veltur aðeins hluta leiðarinnar upp hrygginn vegna þess að hluti stöðuorkunnar hefur breyst í varmaorku vegna núnings.

9.3 Einfaldar vélar

Spurning 50. Til að grafa holu heldur maður handföngum stauraholugrafara saman og rekur blöðin, eins og sést á myndinni, ofan í jörðina. Síðan eru handföngin dregin í sundur, sem þrýstir moldinni saman milli blaðanna og gerir kleift að fjarlægja hana úr holunni. Þessi samsetta vél er gerð úr tveimur pörum af tveimur mismunandi einföldum vélum. Greinið og lýsið hlutunum sem eru einfaldar vélar og útskýrið hvernig finna mætti fræðilegan vélrænan ávinning (IMA) fyrir hvora tegund einfaldrar vélar.

1. Hvert handfang og áfasta blaðið er vogarstöng með vogarás við hjörina. Hvert blað er fleygur. IMA vogarstangarinnar væri lengd handfangsins deilt með lengd blaðsins. IMA fleygsins væri lengd blaðsins deilt með breidd þess.
2. Hvert handfang og áfasta blaðið er vogarstöng með vogarás á endanum. Hvert blað er fleygur. IMA vogarstangarinnar væri lengd handfangsins deilt með lengd blaðsins. IMA fleygsins væri lengd blaðsins deilt með breidd þess.
3. Hvert handfang og áfasta blaðið er vogarstöng með vogarás við hjörina. Hvert blað er fleygur. IMA vogarstangarinnar væri lengd handfangsins margfölduð með lengd blaðsins. IMA fleygsins væri lengd blaðsins margfölduð með breidd þess.
4. Hvert handfang og áfasta blaðið er vogarstöng með vogarás á endanum. Hvert blað er fleygur. IMA vogarstangarinnar væri lengd handfangsins margfölduð með lengd blaðsins. IMA fleygsins væri lengd blaðsins margfölduð með breidd þess.

Spurning 51. Trékassi er dreginn upp eftir skáplani sem er 1,0 m hátt og 6,0 m langt. Kassinn er festur við reipi sem er vafið um ás með geislann 0,020 m. Ásnum er snúið með 0,20 m löngu handfangi. Hver er heildar-IMA samsettu vélarinnar?

1. 6
2. 10
3. 16
4. 60