Anja Røyne

Fysiker

Stikkordarkiv: bevegelsesenergi


av 3 kommentarer

Elektrisitet fra fottrinn

I dag kom jeg over en nyhet på et sted som jeg trodde formidlet forskningsnyheter, men som jeg nå er blitt betydelig mer skeptisk til. Historien er om et selskap ved navn Pavengen som har lansert et crowdfunding-prosjekt (altså de vil at vanlige folk skal gi dem penger) for å utvikle sitt prosjekt, som er en type fliser som genererer elektrisitet når man går på dem.

Det høres jo flott ut. Gå gjør vi jo uansett, og tenk på all den energien som går til spille hver gang vi tråkker ned. 

Men – stopp opp her. Vi går faktisk ikke rundt og sløser med energi for hvert fotsteg. Når foten settes i bakken virker det en kraft mellom foten og underlaget. Den fører til at foten løftes opp i neste steg.

Om man skal bruke «noe av denne energien» til å generere elektrisitet, så må folk faktisk bruke MER energi i hvert tråkk. Jo mer energi man skal ha ut av hvert steg, desto mer vil det føles som å gå i sand. Tungt.

Pavengen skriver at de er i stand til å generere i gjennomsnitt 7 watt energi per fotsteg. 

Dette høres litt rart ut. Energi måles i joule, ikke watt. Watt er et mål på hvor mye energi man genererer per sekund. De de isåfall mener, får man tro, er at om folk trår kontinuerlig på underlaget i sånn omtrent vanlig gangfrekvens, så blir gjennomsnittlig elektrisitetsgenerasjon 7 joule per sekund.

Er dette rimelig? Etter litt leting på internettet fant jeg heldigvis noen som hadde gjort en skikkelig analyse av problemet. Det viser seg at en øvre grense for hvilken effekt man kan forvente å få ut av en (voksen) person som går, uten at denne personen skal bli så irritert over det myke underlaget at hen begynner å trå på en rar og energisparende måte, er omtrent 13 watt. Dette er mekanisk energi, som man så må konvertere til elektrisitet, og i praksis finnes det ikke noen veldig effektiv måte å gjøre dette på. Det beste folk så ut til å mene at de skulle greie da artikkelen ble skrevet for 10 år siden var 1 watt per sko, som vi kan gange opp til 2 watt per person som går på Pavengens underlag.

Om du går på dette underlaget i en time vil du ha generert 2 watt-timer, som sånn omtrent tilsvarer energien i ett AA-batteri.

Så hva kan vi bruke energien fra dette gåkraftverket til? Det kan være greit å sammenligne med hvor mye effekt, altså hvor mange Watt, en del vanlige elektriske dingser bruker. Her er en oversikt over hvor mange personer som må gå kontinuerlig for å drive en del vanlige apparater, med tall tatt fra denne oversikten:

  • elektrisk klokke: en person
  • stereoanlegg: 12 personer
  • «vanlig» 60 watt lyspære lampe: 30 personer (men «bare» 5 personer for å drive en tilsvarende LED-lampe)
  • kjøleskap: 80 personer
  • støvsuger: 500 personer
  • oppvaskmaskin: 1000 personer

Om premisset er at folk skal bruke muskelkraft til å generere elektrisiteten vi skal bruke, kunne vi muligens ha gjort det mer effektivt? Hva med å plassere en spinningsykkel et sted langs denne gangveien, og be folk ta seg en tråkk på vei til jobb? Siden de da lett ville kunne generere 60 watt, ville de bidra med samme mengde energi til batteriene som på ett minutt som de ville ha gjort med en halvtimes gange.

Vi er nødt til å finne miljøvennlige måter å generere elektrisitet på, det er sant. Men er dette måten å gjøre det på? Nei, nei og atter nei! Dette monner ingen ting.

I følge nyhetssaken har selskapet allerede

installed their flooring under a small soccer pitch, a small walkway at Heathrow airport, Federation Square in Australia and multiple other small venues.

De har altså greid å selge inn konseptet sitt til store og seriøse aktører som kan skryte av at de er miljøvennlige. Og, fantastisk nok sier de at de har

 designs worked out for systems able to generate megawatts of power—entranceways to office buildings come to mind, or larger parts of airports—anywhere a lot of people walk over long periods of time.

Megawatt – det er altså millioner av watt. Om hver person genererer 2 watt, kan du selvfølgelig generere en milllion watt av en halv million mennesker. Men det var da fryktelig mange. 

Dette minner litt om saken om «Grønt Norge», der Waleed Ahmed og Flemming Bordoy lurte til seg massevis av penger ved å påstå at de hadde funnet opp en solcelledrevet iPhone-lader som kunne lade under vanlig innelys. Du skal ikke ha så veldig mye fysikkutdannelse før du forstår at dette er tull, men de greide allikevel å drive det langt.

Om du hører at din kommune eller arbeidsplass har tenkt å installere Pavengen-gulv for å være miljøvennlige så er det fint om du sier fra at det er tull.


av 1 kommentar

Elbil på langtur

God sommer! Jeg har vært opptatt med sol, bading, barn og andre trivelige folk de i det siste. Forhåpentligvis har du, kjære leser, hatt nok sol og sommer til å ikke savne blogginnleggene mine alt for mye.

I år har vi fått oss vår første skikkelige familiebil, og den er dessuten elektrisk. Vi har hatt elbil i fire år, men den gamle har bare plass til to av oss. Den kan kjøre nesten 150 km, og var det beste som fantes den gangen. Nå kan vi fylle bilen med besteforeldre og tre barn og kjøre hvor vi vil.

Snobbete bil uten eksosrør og motorstøy i fin utsikt.

Snobbete bil uten eksosrør og motorstøy i fin utsikt.

Noe som er gøy med å kjøre Tesla, er man hele tiden kan følge med på hvor mye energi man bruker, eller produserer. Tidligere i sommer kjørte vi en tur til sørlandet. Nå i helgen kjørte vi til fjellet, en tur på omtrent like mange kilometer, men med mye mer stigning og svingete veier. Vi tenkte at det kom til å koste mye energi, og vi var litt bekymret for om vi skulle komme helt opp på en lading.

Det stemmer at stigninger har mye å si. Da vi var nesten fremme på hytta, kom vi til en ekstra bratt bakke. Før bakken var energiforbruket den turen på 39 kWh, og vi hadde kjørt omtrent 230 km. På toppen av bakken, etter 12 km, hadde vi brukt 43 kWh. Displayet viser energiforbruk de siste 50 km:
bilde
Batteriet ladet litt på vei ned på den andre siden av åsen, men ikke så mye (her har jeg zoomet inn på de siste 10 km).
bilde
Da vi kjørte hjem igjen, ladet vi 1,2 kWh ned den bakken vi hadde brukt 4 kWh på å kjøre opp. Totalt energiforbruk på hjemturen ble omtrent 10 % lavere.

Men selv om stigning har mye å si, brukte vi like mye energi på sørlandsturen som vi gjorde opp til fjellet. Jeg hadde ikke tatt innover meg hvor mye hastighet faktisk har å si. Luftmotstanden øker med kvadratet av hastigheten, altså hastigheten ganget med seg selv. Og det betyr at da vi kjørte i 100 på motorveien, var luftmotstanden en og en halv gang større enn da vi lå i 80 på de svingete veiene til fjellet. Det er akkurat det samme som skjer når man kræsjer i høy hastighet; bevegelsesenergien til bilen øker også med kvadratet av hastigheten, og du får 1,5 ganger mer vondt av å kollidere om du kjører i 100 km/t i stedenfor 80. Den beste måten å bruke mindre strøm, eller mindre bensin, og samtidig redusere risikoen for å dø i trafikken, er altså å kjøre litt saktere.

Det er kult å kjøre elbil, men er det miljøvennlig? Det er ikke så sikkert at vår store og tunge Tesla slipper ut mindre CO2 enn bensinbilene vi møter langs veien. Dette er et komplisert regnestykke som inneholder en lang rekke antakelser. Jeg mener at det viktigste er det lange perspektivet: Ved at mange kjøper elbil nå, blir det bygget ut ladestasjoner over hele landet, og dette er nødvendig om vi ønsker en fremtid der vi forflytter oss ved hjelp av fornybar energi. Om du vil vite mer om hvorvidt elbiler er miljøvennlige eller ikke, kan jeg varmt anbefale denne reportasjen i Ekko på P2.

På tide med et kveldsbad?


av 2 kommentarer

Bilkræsjparadokset: En fomlende festfysikers feiltrinn

Jeg har hatt en avslappende juleferie. Laptopen har støvet ned på pulten og jeg har fylt hodet mitt med romaner i stedenfor fysikk. Men i blant kommer allikevel fysikken frem: Jeg har nemlig flere ganger i løpet av jula havnet i rollen som festfysiker. Dette er en hyggelig, men forholdsvis krevende jobb. Som festfysiker skal man svare på spørsmål om det aller meste på stående fot; man skal gjøre det med forståelig språk, uten å virke belærende, og for all del ikke arrogant, og aller helst si noe litt morsomt i tillegg. Jeg kommer ganske ofte til kort. Fordelen er at festfysikeren sikkert er den som lærer mest i løpet av festen.

Bilkræsjparadokset

IIHS_crash_test_dummy_in_Hyundai_Tucson«Er det sant at det er det samme når to biler kjører i hundre kilometer i timen og frontkolliderer som når en bil kjører i hundre kilometer i timen og kræsjer i en fjellvegg?» spurte min fetter. Han hadde sett det på Mythbusters, men kunne ikke huske hvorfor det skulle være sånn, og syntes det hørtes rart ut.

«Det høres rart ut,» svarte jeg.

Bevegelsenergien

Grunnen til at jeg syntes det hørtes rart ut, var at energien unektelig ikke er den samme. Når noe er i bevegelse har det bevegelsesenergi. Hvor stor denne bevegelsesenergien er finner man ved å ta massen til tingen (antall kilo bilen veier), gange det med hastigheten (antall kilometer per time, eller enda bedre, antall meter per sekund), gange det med hastigheten en gang til, og dele svaret på to.

Resultatet av dette enkle regnestykket er at to like store biler som kjører i hundre kilometer i timen har dobbelt så mye bevegelsesenergi som en bil som kjører i hundre kilometer i timen. Etter kræsjet står bilen, eller bilene, i ro, og all bevegelsesenergien er brukt opp. To er ikke det samme som en. Altså er det ikke det samme om to biler kræsjer i hverandre som om en bil kræsjer i en fjellvegg.

Hvem er i ro?

Jeg ville gjerne komme med noe litt mer overbevisende, så jeg bestemte meg for å bruke et av de eldste triksene i boka. Når man ser på ting som beveger seg, er det egentlig bare interessant at de beveger seg i forhold til hverandre. Jorda beveger seg for eksempel i rasende fart gjennom verdensrommet. Vi sier allikevel at vi står i ro på jorda. På samme måte kan man bestemme seg for at en hvilken som helst ting som beveger seg i konstant hastighet egentlig står i ro, og justere hastighetene til alt rundt så de fortsatt beveger seg riktig i forhold til hverandre.

Om den ene bilen står i ro, kommer den andre mot den i to hundre kilometer i timen. Derfor sa jeg at

«Det blir vel det samme som om en bil treffer en fjellvegg i to hundre kilometer i timen.»

NEI, NEI, NEI!

Dette er feil av to grunner. 1: En bil i to hundre kilometer i timen har ikke like mye energi som to biler i ett hundre. Man finner energien ved å gange massen med hastigheten, og så gange med hastigheten en gang til. Hundre ganger hundre er ti tusen, ganger to er tjue tusen. To hundre ganger to hundre er førti tusen. Feil, feil, feil.

2: Om jeg kjører i to hundre kilometer i timen og treffer en fjellvegg, så står jeg i ro etter kræsjet. All bevegelsesenergien er gått med til å lage et høyt bang og til å mose meg og bilen. Om jeg sitter i ro i en bil og blir truffet av en annen bil som kjører i to hundre, så vil jeg bevege meg bakover etter kræsjet. Bare halvparten av bevegelsesenergien blir brukt opp. Man kan ikke bare bytte ut en bil med en fjellvegg og tro at det skal gå bra.

Hva er det samme?

«Hva sier egentlig spørsmålet?» er det aller første man skal spørre seg selv når man løser fysikkoppgaver. I dette tilfellet er spørsmålet dårlig stilt. Hva betyr det egentlig at noe «er det samme»? Mengden av energi er helt klart ikke den samme. Men om jeg sitter i den ene bilen, er jeg nok ikke så interessert i hva den totale mengden bevegelsesenergi som går over til andre energiformer i kollisjonen egentlig er. Jeg er interessert i hvilke konsekvenser denne konverteringen av energi har for meg og min bil.

Når en bil kræsjer i en fjellvegg i hundre kilometer i timen, går all bevegesesenergien med til å mose bilen og det som er inni.

Når to identiske biler kræsjer helt perfekt rett inn i hverandre, er det dobbelt så mye bevegelsesenergi, og dobbelt så mange biler å mose. Mengden av mos på hver bil blir den samme.

Derfor ville ikke jeg, sånn teoretisk sett, merke noen forskjell på om jeg kjørte i en fjellvegg eller om jeg frontkolliderte med en annen bil i samme hastighet.

Jeg har ikke tenkt å teste dette i praksis, men dette har visstnok blitt testet på Mythbusters, og jeg håper at de kom til omtrent samme konklusjon som meg.

Fornøyd, kjære fetter?