Mätningar vid lekpark

Nedanstående innehåll är skapat av Mimers Brunns besökare. Kommentera arbete

Röd ställning, som man står en på varje sida med gummidäck under:

Energiomvandlingarna som sker genom denna leksak
Vi förutsätter att personerna på vardera sidan bär en hyfsad jämn vikt med varandra, så att båda slår i däcket vid nedgång. Ju längre ner mot däcket (marken) den ena sidan kommer, desto högre blir accelerationen. Man kan säga att det hela tiden växlar mellan läges- och rörelseenergi. Då den ena sidan är som närmast marken, då accelerationen är som störst, är det nästintill 100 % rörelseenergi. När den sidan slår i backen är det ganska logiskt att den andra sidan just i detta ögonblick når sin högsta punkt, i det läget är det näst intill 100 % lägesenergi på den höga sidan. Så samtidigt som det är fullt med rörelseenergi på ena sidan är det alltså fullt med lägesenergi på andra sidan. Då sidorna har hunnit halvvägs, alltså är i jämn höjd med varandra, kan man säga att det är 50 % rörelseenergi och 50 % lägesenergi på vardera.
Anledningen till att det inte skiftar mellan precis 100 % rörelseenergi och exakt 100 % lägesenergi är p.g.a. de energispillningar som sker. Om det inte hade funnits sådana så hade man ju kunnat bygga den eftertraktade ”evighetsmaskinen”, men det är omöjligt p.g.a. energispillningarna.

Energispillningar
Det sker en hel del energispillningar genom användandet av denna leksak, som man inte tänker på medan man använder den. Bland annat så hänger den på en stolpe på vardera sida (1 meter hög), rörelsen därifrån skulle man kunna likna en pendel. Om man sätter fart på en pendel och låter den åka fram och tillbaka, stannar den ju till slut, detta beror på att viss energi går till spillo där pendeln hänger fast i form av värmeenergi och möjligen friktionsenergi. På samma sätt går energi till spillo på denna leksak, där ställningen hänger fast på stolparna kan man inte komma ifrån att viss energi omvandlas till värmeenergi. Detta beror på att själva ställningen kommer i kontakt med stolparna (såklart eftersom den sitter fast i dem), då den rör sig. Att det då blir till värme beror på att molekylernas svängningar blir häftigare och snabbare och värmer då upp metallen, kanske inte märkbart mycket men det är ändå så att den omvandlas. I en pendel brukar man inte säga att någon ljudenergi bildas (det beror ju förstås på vad den hänger i och vad det är för material, men vanligtvis inte), i denna leksak är det dock annorlunda. Detta beror på att den är gjord av metall, och troligen inte smörjd. För då metallen i ställningen ”gnuggas” mot stolparna i rörelsen uppstår ett gnisslande ljud. Vi kan där se att en liten del av energin går till spillo till ljudenergi, jag gissar att även en liten del energi kan omvandlas till friktionsenergi mellan ställningen och stolparna.
Det är inte bara där energispillningar sker, utan även när ena personen (ena sidan) slår i däcket i marken omvandlas en del energi. Det blir då friktionsenergi, när gummit man står på studsar mot gummit i däcket, det märker man på det darrande däcket. Om man skulle hålla en hand på däcket medan den ena sidan studsar ner på däcket, skulle man känna det eftersom däcket har en förmåga att vibrera. Då däcket vibrerar blir det ju förstås varmare, och vi kan höra ett ljud då man slår i det. Så även där går energi till spillo genom friktionsenergi, värmeenergi och ljudenergi.
Energiprincipen säger att ingen energi försvinner, bara omvandlas. Det kan vi se ett tydligt resultat på här. Om man inte visste att energiomvandlingar även åstadkommer energispillningar, skulle man antagligen tro att viss energi gick förlorad när leksaken till slut stannar, då vi inte hjälper den på traven. Men genom att beskåda energiomvandlingarna som sker aningen noggrannare, så kan vi se att även oönskade energiformer bildas. Genom detta kan vi förstå att ingen energi på något vis försvinner, att den bara omvandlas. Trots att den inte alltid omvandlas bara till det vi önskar. För att se hur stor % av den tillförda energin som blir till önskad energi, kan man räkna ut verkningsgraden. Detta gör man genom följande beräkning;
Verkningsgrad = Nyttig energi / Tillförd energi.
Jag kan dock inte utföra denna beräkning, eftersom jag inte vet hur pass stor % del som går till spillo. Så för mig skulle uträkningen se ut såhär;
X = y / 100
Hade jag vetat vad verkningsgraden eller den nyttiga energin var så hade jag kunnat räkna ut talet.

Att vi trots energispillningarna kan få leksaken att fortsätta röra sig upp och ner, beror på våran egen energi. Genom maten vi äter kan vi utföra olika energiformer (t.ex. ljudenergi då vi pratar eller rörelseenergi då vi går). I detta fall omvandlar vi energin vi får genom maten till rörelseenergi och kraftenergi för att trycka till sidan vi står på, med våra fötter, så att ställningen rör sig med högre hastighet och rörelse och inte stannar.

Hävstänger
Det är precis två meter från ena sidan till den andra, mellan personerna som använder leksaken alltså. Mitt emellan dem är den s.k. vridningspunkten, alltså en meter från vardera person. Om båda personerna skulle väga 80 kg skulle båda sidorna vara på exakt jämnhöjd.
Om däremot den ena skulle väga 80 kg och den andra 60 kg, skulle den sidan som personen som väger 80 kg satt på vara längre ner mot marken än den andra. Detta beror på tyngdlagen som innebär att det tyngre föremålet dras mot marken. För att båda sidorna ska kunna vara på samma höjd trots viktskillnaden måste den tyngre personen sitta närmare vridningspunkten. För att se exakt hur nära den måste sitta kan man utföra en beräkning, eftersom man kan stå en meter från mitten som mest förutsätter vi att personen som väger 60 kg gör det.
Produkten av dennes tyngd och avstånd från vridningspunkten blir då
600 N (Newton) x 1 m = 600 Nm. För att sidorna ska komma på samma höjd krävs då att den andra personen också uppnår produkten 600 Nm. För att få fram hur långt från mitten denne personen behöver vara för att göra det gör jag följande beräkning:
600 Nm/800 N = 0.75 meter
Jag får då ut svaret att personen som väger 80 kg är tvungen att stå 0.75 meter från mitten för att ställningen ska vara i jämvikt då en person som väger 60 kg står en meter från mitten på andra sidan. Genom detta kan jag förstå att man kan påverka huruvida sidorna är jämnhöga eller inte genom att förändra hävarmen (avståndet till vridningspunkten) efter hur mycket personerna väger, i ett förenklat perspektiv.



Gunga:
En gunga kan man likna med en pendel, man kan på sätt och vis säga att det är en pendel. Gungan hänger i en ställning och pendlar fram och tillbaka då man puttar på den. Energiomvandlingarna som sker är främst lägesenergi – rörelseenergi – lägesenergi. Man kan ju tycka att detta kan hålla på i all evinnerlighet om dessa är de enda energiomvandlingarna, och det skulle det göra om det inte vore för att viss energi omvandlas till oönskad energi. Detta sker där gungan sitter fast, högst uppe i ställningen. För då gungan pendlar fram och tillbaka spills energi ut i form av både värmeenergi, friktionsenergi och ljudenergi. Det är omöjligt att komma ifrån dessa energispillningar, visserligen skulle man kunna slippa energiomvandlingen till ljudenergi. Om man valde material som inte låter någonting när de kommer i kontakt med varandra, skulle det ju inte bildas ljudenergi. Värmeenergi bildas dock hur man än bär sig åt, för då gungans kedjor rör sig fram och tillbaka från ställningen de hänger i bilda...