4.3 Energija

Kinetička i potencijalna energija

Prepoznat ćemo da tijelo ima energiju po tome što može obaviti rad. Ljudi, strojevi, morski valovi, vjetar mogu obaviti rad na nekom tijelu zahvaljujući svom gibanju. Energiju koju imaju zbog svoga gibanja nazivamo kinetička energija.

Ako napnemo praćku, u njoj djeluje elastična sila o kojoj ste učili u sedmom razredu, a detaljnije ćemo je obraditi u ovom modulu. Zbog djelovanja elastične sile napeta praćka ima elastičnu potencijalnu energiju.

Čekić ili kamen na nekoj visini mogu obaviti rad zbog mogućnosti djelovanja silom na tijelo ispod njih. Tijela u navedenim primjerima imaju gravitacijsku potencijalnu energiju.

Tijela imaju potencijalnu energiju zbog djelovanja neke konzervativne sile, kao što su gravitacijska, elastična ili električna (Coulombova) sila.
Zbog djelovanja disipativne sile, kao što je trenje ili otpor zraka, tijelo ne može dobiti potencijalnu energiju.

Po sili, zbog koje tijelo ima određenu potencijalnu energiju, nazivamo i oblik energije. Gravitacijsku potencijalnu energiju i elastičnu potencijalnu energiju pobliže ćemo upoznati u ovom modulu.

 Pogledajmo fotografiju.

Što jače napnemo luk, strijela koja se zabija u metu obavit će veći rad pri probijanju i dublje će se zabiti. Iz toga možemo zaključiti da se potencijalna energija pohranjena u luku povećava što ga više napinjemo.

Također, podižući čekić iznad oraha povećavamo gravitacijsku potencijalnu energiju čekića.

Kada obavljamo rad svladavajući konzervativnu silu promjenom položaja nekog tijela ili čestice, mijenja se potencijalna energija tijela ili čestice. Štoviše, pri napinjanju luka upravo se rad koji pritom obavljamo pretvara u potencijalnu energiju luka. Jednako tako, pri podizanju čekića rad koji obavimo pretvori se u njegovu potencijalnu energiju u odnosu na stol. Kada vučna sila motora obavlja rad pri ubrzavanju automobila, taj se rad pretvara u kinetičku energiju automobila.

Rad se može pretvarati u energiju i energija u rad, a to se neprestano događa u našoj okolini. Zbog toga energija (oznaka $E$) ima istu mjernu jedinicu kao rad, džul, $\mathrm{J}.$

Napomenimo da je energija, kao i rad, skalarna veličina. Određena je samo iznosom.

Ostali oblici energije

Kada protrljate dlanove, oni se zagriju. Pri trljanju dlanova obavljali ste rad na njima. Za taj ste se rad koristili energijom pohranjenom u kemijskim vezama u svom organizmu, a u njega ste je unijeli hranom. Dlanovi su se zagrijali jer se rad koji ste obavili pri svladavanju disipativne sile (sile trenja između dlanova koje trljamo) pretvorio u njihovu unutarnju energiju. O unutarnjoj energiji učili ste u sedmom razredu (Fizika 7, jedinica 4.1. Unutarnja energija, toplina i temperatura), a detaljnije ćete učiti u drugom razredu (Fizika 2, jedinica 2.1. Unutarnja energija i toplina).

Otkuda dolazi energija pohranjena u hrani koju ste iskoristili za trljanje dlanova?

Dolazi zračenjem od Sunca, a biljke su je u procesu fotosinteze pohranile u kemijske veze. Ta se energija u Suncu oslobađa pri nuklearnim procesima koji se ondje odvijaju.

Osim što se rad može pretvarati u energiju i energija se može pretvarati iz jednog oblika u drugi. Osim toga jedno tijelo može predavati energiju drugomu. S druge strane, energija ne može nastati ni iz čega niti može nestati.

Pogledajmo animaciju.

Poveži tijela s oblikom energije koju imaju u opisanoj situaciji.

kap vode visi s vrha slavine	gravitacijska potencijalna energijanuklearna energijakinetička energijaelastična potencijalna energija
napeti luk	gravitacijska potencijalna energijanuklearna energijakinetička energijaelastična potencijalna energija
puž koji puže preko lista	gravitacijska potencijalna energijanuklearna energijakinetička energijaelastična potencijalna energija
čestica u atomskoj jezgri	gravitacijska potencijalna energijanuklearna energijakinetička energijaelastična potencijalna energija

null

null

Korisnost rada i energije

U prethodnoj jedinici izveli ste pokus u kojem ste snagu kojom elektromotor obavlja rad pri podizanju utega usporedili sa snagom električnog izvora koju troši. Korisna snaga toga, a i svih drugih strojeva, uvijek je manja od uložene. To znači i da je rad koji elektromotor obavi pri podizanju tereta manji od rada koji istovremeno obavi električni izvor u strujnom krugu. Stoga ćemo pojam korisnosti kao omjera korisne i uložene snage u nekom procesu moći primijeniti na rad, a kako se uloženi rad pretvara u energiju, moći ćemo ga primijeniti i na energiju:

$\begin{array}{l}\mathrm{\text{korisnost}}\mathrm{\text{=}}\frac{\mathrm{\text{koristan}}\mathrm{\text{rad}}}{\mathrm{\text{uložen}}\mathrm{\text{rad}}}\mathrm{\text{=}}\frac{\mathrm{\text{korisna}}\mathrm{\text{energija}}}{\mathrm{\text{uložena}}\mathrm{\text{energija}}}\end{array}$

​ $\eta =\frac{W_k}{W_u}$

$\eta =\frac{E_k}{E_u}.$

Primjer 1.

Koliko topline primi voda u električnom bojleru snage $1$  $\mathrm{kW}$ za $1$  $\mathrm{h}$ ako je korisnost bojlera $45$ %?

Rješenje

---

Zadatak 1.

Vrijede li za čovjeka koji obavlja rad na nekom tijelu ista pravila kao i za stroj? Možemo li mi obavljati neki rad u fizičkom smislu uz korisnost $100$ %? Iznesite svoje razmišljanje i potkrijepite ga primjerima.

Povezani sadržaji

Prisjetite se što vam od gradiva Kemije i Biologije može pomoći u rješavanju prethodnog zadatka.

Kutak za znatiželjne

Energija ne može nastati ni iz čega niti može nestati. Energija u fizičkim procesima prelazi s tijela na tijelo te iz jednog oblika u drugi. Tako je i s energijom kojom se koristimo u kućanstvima, automobilima, industriji i slično. O tome ste već ponešto učili u školi, ali i čuli putem medija.

Posljednjih se godina, osim termoelektrana, hidroelektrana i nuklearnih elektrana, sve  češće upotrebljava energija dobivena iz obnovljivih izvora.

Proučite sadržaje s najmanje tri internetska izvora o obnovljivim izvorima energije te priredite prezentaciju u kojoj ćete iznijeti i argumentirati svoj prijedlog kojim bi se obnovljivim izvorima energije i u kojoj mjeri Hrvatska trebala koristiti.