ZŠ VNB III / 04 - Přeměna energie

Lekce III / 04 - Přeměna energie

Cíl lekce:

Žáci se naučí chápat fyzikální pojem energie a na příkladech dokáží rozeznávat mezi polohovou a pohybovou energií a jejich využitím v životě.

Zeptejte se Vašich dětí:

Co je to energie?
Jaké druhy energií zná?
Co je raketa a kde se s ní můžeme setkat?
Co umožňuje raketě vzlétnout?
Co je to prak a jak funguje?
Znáte podobné stroje, které fungují na principu změny energie?

Energie

Energie je fyzikální veličina, která je charakterizována jako schopnost hmoty (látky, pole) konat práci. Mechanická energie soustavy je definovaná jako součet její potenciální energie a celkové kinetické energie všech jejích objektů. Jako značka energie se používá písmeno E. Jednotkou kinetické energie (a každého jiného typu energie) v soustavě SI je joule (J), pojmenovaný podle anglického vědce 18. století Jamese Prescotta Joula. Joule je definován jako práce, kterou vykoná síla 1 N působící po dráze 1 metr.

Obnovitelné zdroje energie
(Obrázek : Oh my pretty pretty Sun od { pranav } [CC BY-2.0], via Flickr
Solar panels in Ogiinuur od Chinneeb [CC-BY-SA-3.0], via Wikimedia Commons
Adam Beck Complex od Ontario Power Generation [CC-BY-2.0], via Wikimedia Commons
GreenMountainWindFarm Fluvanna 2004 od Leaflet [CC-BY-SA-3.0], via Wikimedia Commons
Stacked wood od Merzperson at en.wikipedia [Public domain], from Wikimedia Commons)

Přeměna energie

Energie se nedá vyrobit ani zničit. Energie se přeměňuje z jednoho druhu na druh jiný. Většina energie, kterou dnes využíváme, pochází ze Slunce.

Příklady přeměny energie:

Člověk a ostatní živočichové přeměňují chemickou energii v potravě na energii pohybovou.
Energie potoků a řek – může se jednat o energii polohovou (přehrady) i pohybovou (proudící vodní toky) – pochází od Slunce, neboť díky němu dochází ke koloběhu vody.
Energie proudícího vzduchu (vítr) – pochází od Slunce, neboť vítr vzniká nerovnoměrným ohříváním povrchu Země. Využívala se od starověku – větrné mlýny.
Hořením se mění chemická energie na teplo.
Změna tepelné energie na mechanickou – parní stroj, spalovací motory (člověk se jí naučil využívat v 18. století).
Přeměna jaderná energie Slunce na teplo a světlo. Jadernou energii uloženou v prvcích na Zemi se člověk naučil využívat ve 20. století.

Zákon zachování energie

V izolované soustavě může docházet ke změnám všech typů energie, které lze soustavě přisoudit. Celková energie však zůstává zachována. Energie nemůže záhadně zmizet ani se objevovat, nelze ji vytvořit ani zničit. Není-li soustava izolovaná, dochází vlivem působení vnějších sil ke změnám její celkové energie.

Např.: Kyvadlo – koná kmitavý pohyb. Během jedné periody se hodnoty kinetické a potenciální energie soustavy kyvadlo + Země spojitě mění, ale její celková mechanická energie zůstává zachována (celková energie se spojitě „přelévá“ z jedné formy v druhou – potenciální v kinetickou a naopak).

Kinetická (pohybová) energie Ek

Kinetická energie souvisí s pohybovým stavem částice či tělesa a vyjadřuje skutečnost, že pohybující se těleso je schopné konat práci jako důsledek svého pohybu, např. nárazem na okolní objekt. Pohybuje-li se těleso rychleji, má kinetickou energii větší. Je-li v klidu, jeho kinetická energie je nulová. Kinetická energie nemůže být nikdy záporná.

Potenciální (polohová, konfigurační) energie Ep

Mění-li se konfigurace soustavy, mění se i její potenciální energie. Jedním z typů potenciální energie je tíhová (gravitační) potenciální energie, která souvisí s konfigurací soustavy částic, které na sebe působí tíhovými (gravitačními) silami.

Např.: Při zvedání činky zvyšujeme vzdálenost mezi činkou a Zemí, měníme tak konfiguraci soustavy činka a Země a tím i její tíhovou potenciální energii.

Jiným typem potenciální energie je pružná potenciální energie, která souvisí se stavem napjatosti (protažení nebo stlačení) pružných těles, například pružin. Hlavní roli zde hraje pružná síla.

Např.: Stlačíme-li nebo napneme-li pružinu, měníme tak vzájemné polohy jejích závitů. Pružná síla působí proti takovým změnám a to vede ke zvýšení pružné potenciální energie pružiny.

Změny energie při pohybu tělesa
(Obrázek Car (beetle) od Chrisdesign, upraveno, [Public Domain], via openclipart)

Raketa

Raketa je létající stroj, který se pohybuje pouze na principu akce a reakce. Je poháněna raketovým motorem. Rakety různých typů se využívají především v kosmickém výzkumu a vojenství, ale i pro zábavu (ohňostroj).

Nosná raketa, také nazývaná kosmický nosič, je dopravní prostředek poháněný raketovými motory a určený pro vynášení nákladů (umělých družic, kosmických sond, kosmických lodí) do vesmíru (nebo na oběžnou dráhu Země). Po technické stránce představuje nosná raketa jednostupňovou nebo vícestupňovou raketu. Většinou jsou tyto dopravní prostředky určeny pro jedno použití.

Raketa
(Obrázek Proton Zvezda crop od NASA [Public domain], via Wikimedia Commons)

Pokud vás téma zaujalo a chcete se dozvědět více: