ENERJİ Konu Başlıkları İş Güç Enerji Kinetik Enerji Potansiyel Enerji Enerji Korunumu

İş Bir cisme uygulanan kuvvet o cismin konumunu değiştirebiliyorsa, kuvvet iş yapmış denir. İş yapan bir kuvvet cismin hızını değiştirir. İş = Kuvvet . Yol İş W ile gösterilir. SI sisteminde birimi newton.metre (N.m) dir. Bu birim joule olarak isimlendirilir. Cisme hareketine dik etki eden kuvvetler hızlandırıcı yada yavaşlatıcı bir etki yaratamadığı için iş yapamazlar. Örneğin yatay bir masada hareket ettirilen cisme etki eden ağırlık kuvveti iş yapmaz.

İş

İş Yukarıdaki şekilde bir kişi 25 Newton kuvvet uygulayarak bisiklete 1500 metre yol aldırırsa bu iş kaç joule'dür? 10 Newtonluk bir kuvvetle aynı işin yapılması için bisikletin ne kadar yol alması gerekir? ÇÖZÜM: İlk olarak yapılan işin miktarı belirlemek gerekmektedir. F=25 Newton, x=1500 metre ise W = F.x , W=25.1500, W=37500 joule dür. x= W/F, x= 37500/10, x=3750 metre yol alması gereklidir.

Güç Birim zamanda harcanan enerjiye veya üretilen enerjiye güç denir. Yani iş yapabilme hızının bir ölçüsüdür. Fabrikada çalışan bir işçinin yaptığı iş, zaman geçtikçe artar ve harcadığı enerjide artar. Fakat birim zamanda yaptığı iş aynıdır. Benzer şekilde bir elektrikli ısıtıcının harcadığı enerji birim zamanda aynıdır ama zaman geçtikçe harcadığı toplam enerji zamanla artmaktadır. Güç P ile gösterilir ve birimi Watt'dır. Taşıtlarda ise watt yerine beygir gücü ifadesi kullanılır. 1 BG=736 watt'dır.

Güç Fizikte güç kavramı bir işin yapılma hızını gösterir. Örneğin, büyük bir motor, küçük bir motordan daha güçlüdür. Büyük motor daha az zamanda bir işi yapabilir, işi yaparken daha az zaman kullanılması daha çok gücün sarf edildiğini gösterir. Bir makinanın gücünü bulmak için: Güç (watt) = İş (j) / Zaman (s) ; P =W/t Örnek: Bir takım makaralar kullanmak suretiyle 900 N’luk bir kayık kaldırılmak isteniyor. Kayık 50 saniyede 2 metre kaldırılmıştır. Harcanan güç kaç watt’tır? Çözüm: W = F.x W = 900Nx2m = 1800J P =W/t = 1800 J / 50 s P= 36 W

Enerji Bir cismin iş yapabilme yeteneğine ENERJİ denir. SKALERDİR. Bir insan bir masayı alıp başka yere taşırsa bir enerji harcamıştır. İş yapabilmek için mutlaka enerjiye ihtiyaç vardır. Kuvvet uygulanarak iş yapıldığında cisim enerji kazanmaktadır. Bu nedenle enerji ile işin birimleri aynıdır yani JOULE dür. Enerjinin farklı türleri vardır ve enerjiler birbirine dönüşebilmektedir. İki cismi birbirine sürttüğümüzde cisimleri hareket ettirmiş oluruz ve ısınmaya başlar. Burada da hareket enerjisi ısı enerjisine dönüşmüştür. İnsanlarda besinlerden aldıkları enerjiyi (ATP) vücutlarında depolarlar ve bir iş yaptıklarında bu enerjiyi kullanarak iş yaparlar. Evlerimizi veya iş yerlerimizi ısıtmak için yakıtlardan faydalanırız. Yakıtlarda var olan kimyasal enerji ısı enerjisine dönüşür. Isıtma ve aydınlatma için elektrik enerjisini kullanırız. Elektrik enerjisi lambalar yardımıyla ışık enerjisine, ütü, ısıtıcı ve klima yardımıyla ise ısı enerjisine dönüşür.

Kinetik Enerji Hareketli cisimler iş yapabilme yeteneğine sahiptirler yani bu cisimlerin enerjileri vardır. Bu hareketinden dolayı cisimlerin sahip oldukları enerjiye kinetik enerji denir. ÖRNEKLER Akan su, hareket halindeki araba, fırlatılan bir taş, yüksekte uçmakta olan bir kuşun kinetik enerjileri vardır. Duran cisimlerin potansiyel enerjileri, cisimler hareket haline geçtiklerinde bu enerji kinetik enerjiye dönüşür. Farklı kütlelere sahip olan cisimlerin kinetik enerjileri de farklıdır. Aynı yol üzerinde, aynı hızla hareket eden bir kamyon ile bir otomobilin kinetik enerjileri farklıdır. Bu nedenle bu iki aracın çarpışmasında kinetik enerjisi daha az olan otomobilin hasar oranı kamyona göre daha fazladır. Aynı şekilde daha hızlı hareket eden arabaların çarpışmasında da hasar daha fazla olmaktadır. Bir V hızı ile hareket eden m kütleli bir cismin kinetik enerjisi; Ek=1/2 m.V2 olacaktır.

Kinetik Enerji Örnek: Yukarıdaki arabanın kinetik enerjisini hesaplayacak olursak; Ek=1/2m.V2 Ek=1/2.1100.802 Ek=3 520 000 joule. Kinetik Enerji bir cismin hareketinden kaynaklanan enerji ise cisim ne kadar hızlı hareket ediyorsa, o kadar çok kinetik enerjisi vardır. Su akış halinde iken kinetik enerjiye sahiptir. Suyun bu enerjisi hidro elektrik santrallerde suyun türbinleri döndürmesi sağlayarak, hareket enerjisine dönüşür daha sonra ise elektrik enerjisi elde edilir.

Sürtünme ile Isıya Dönüşen Enerji Sürtünme kuvveti yüzeyin cisme gösterdiği tepki kuvveti ile doğru orantılıdır. Ayrıca yüzeyin cinsine yani sürtünme katsayısına bağlıdır. Hareket halindeki bir cisme uygulanan sürtünme kuvveti; fs = µkinetik . N Sürtünme kuvveti hareketi engelleyici özelliği olduğu için cisimlerin mekanik enerjilerini azaltıcı etki yapar. Azalan mekanik enerji kadar enerji, ısı enerjisine dönüşür. Isı enerjisine dönüşen enerji = Sürtünme kuvvetinin yaptığı iş Eısı = W = fs . x

Potansiyel Enerji Potansiyel enerji iş yapmaya hazır bir kuvvetten doğan depolanmış bir enerjidir. Her an kinetik enerjiye yani harekete dönüşebilecek bir enerji biçimidir. Örneğin yerçekimi kuvveti sayesinde yerçekimi potansiyel enerjisi oluşur. Cismi yerden belli bir yüksekliğe kaldırdığımızda, her an harekete dönüşmeye hazır bir enerji depolanır. Nitekim cismi serbest bıraktığımızda kinetik enerji açığa çıkar ve yere doğru hızlanır. Yay içinde aynı şey geçerlidir. Yayı sıkıştırdığımızda, esneklik potansiyel enerjisi depolarız ve her an harekete dönüşmeye hazır bir enerji depolamış oluruz. Cisimlerin hareket halinde olmadıkları durumlarda sahip oldukları enerjiye potansiyel enerji denir. Bir cismi yerden daha yüksek bir noktaya kaldırdığımızda yer çekimine karşı bir iş yapar. Yapılan bu iş cisimde enerji olarak depolanır ve cismin iş yapabilir. Potansiyel enerjinin simgesi Ep ve birimi joule dür. Yeryüzünden h yüksekliğine olan m kütlesine sahip olan bir cismin potansiyel enerjisini hesaplamak için; Ep=m.g.h

Potansiyel Enerji Yere göre potansiyel alındığı için yerdeki aracın potansiyel enerjisi sıfır olacaktır. Yukarıdaki şekilde bir arabanın farklı yüksekliklerde sahip olduğu potansiyel enerjiyi hesaplayalım; İlk olarak aracın 2 metre yüksekliğindeki potansiyel enerjisi; Ep1=m.g.h, Ep1=1100.(9,8).2, Ep1=21 560 joule . 4 metre yükseklikte arabanın potansiyel enerjisi ise; Ep2=m.g.h Ep2=1100.(9,8).4 Ep2=43 120 joule . Görüldüğü gibi cisim ne kadar yüksekte yer alırsa potansiyel enerji de o kadar artmaktadır.

Potansiyel Enerji F = – k . x Yandaki şekilde olduğu gibi iki farklı kütleye sahip cisimlerin yükseklikleri farklı olmasına rağmen sahip oldukları potansiyel enerjilerin eşit olduğunu hesaplayarak görebilirsiniz. (550*4*9,8=1100*2*9,8) YAYDA DEPOLANAN ENERJİ Esnek cisimleri denge konumundan ayırmak için iş yapılır ve yapılan iş kadar enerji aktarılır. Denge konumundaki bir yay x kadar sıkıştırılır ya da gerilirse, yayda enerji depolanır. Yayda oluşan geri çağırıcı kuvvet; F = – k . x k : Yay sabiti olup yayın cinsine ve uzunluğuna bağlıdır. x kadar sıkıştırılan ya da gerilen yayda depolanan esneklik potansiyel enerji, bağıntısı ile bulunur. Yaydaki uzama ya da sıkışma arttıkça depolanan enerjide artar.

Enerjinin Korunumu Yerden belirli bir yükseklikte bulunan bir cisim serbest bırakıldığında yere doğru düşecektir. Bu cisim düşerken hızlanır ve potansiyel enerjisi azalmaya kinetik enerjisi artmaya başlar. Yani cismin potansiyel enerjisi kinetik enerjiye dönüşür. Yerden yukarı doğru fırlatılan bir cisim ilk atıldığında daha hızlı hareket edecek, yukarı çıktıkça hızı azalacaktır. Burada da ilk başta kinetik enerji fazla olmasına rağmen bu enerji potansiyel enerjiye dönüşür. Bu cismin hızı bir noktada durur ve bu esnada potansiyel enerjisi maksimum noktaya ulaşır. Cisim tekrar yere doğru hareket eder ve potansiyel enerji kinetik enerjiye dönüşür.

Enerjinin Korunumu Cisim hareket ettiğinde enerjiler birbirine dönüşebilmektedir. Bu enerji dönüşümler esnasında toplam enerji miktarı sabit kalmaktadır. Bu ilkeye enerjinin korunumu ilkesi denilmektedir.

Enerjinin Korunumu Cisim hareket ederken ortamdaki sürtünme önemsiz ise ısı şeklinde enerji kaybı olmaz. Fakat kinetik enerji artarken potansiyel enerji azalır, potansiyel enerji artarken kinetik enerji artar. Bu iki enerjinin toplamı ise sürtünmesiz ortamda hiçbir zaman değişmez.

Enerjinin Korunumu Yandaki şekilde bir ipin ucuna asılı olan bir cisim salınıma bırakılmıştır. A noktasından harekete başladığı düşünüldüğünde cisim bu noktada potansiyel enerjisinin maksimum olduğu durumdadır. B noktasına gediğinde ise potansiyel enerji minimum, kinetik enerji maksimum düzeydedir. Tekrar C noktasına geldiğinde ise potansiyel enerji maksimum düzeye çıkmıştır. Bu hareketler esnasında toplam enerji sabit kalmaktadır.