Enerji Dönüşümleri
- Kinetik enerji, çekim potansiyel enerji, esneklik potansiyel enerji gibi birçok enerji biçimi vardır. Sürati olan cisim kinetik enerjiye, yüksekte duran cisim potansiyel enerjiye, sıkıştırılmış yay esneklik potansiyel enerjiye sahiptir. Bir cisim aynı anda birden fazla enerjiye de sahip olabilir. Evrende enerji yok olmaz, bir türden başka bir türe dönüşür. Kinetik enerji ve potansiyel enerji birbirlerine dönüşebildiği için cisimlerin sahip olduğu toplam enerji değişmez.
- Cismin sahip olduğu enerji türünün değişmesine enerji dönüşümü Enerji türünün adı değişse de cismin sahip olduğu toplam enerji korunur. Buna enerjinin korunumu denir.
Şekildeki sarkaçta meydana gelen enerji değişimlerini sırasıyla inceleyelim. Top;
- 1 numaralı konumda iken herhangi bir sürati olmadığı için kinetik enerjisi yoktur ve bu konumda iken yükseklik en fazla olduğu için potansiyel enerjisi maksimumdur.
- 2 numaralı konumda iken belirli bir sürate sahiptir ve bu noktada kinetik enerjisi maksimum seviyeye ulaşmıştır ancak cismin bulunduğu konumda yükseklik azalacağı için potansiyel enerjisi minimumdur.
- 3 numaralı konuma ulaştığı anda artık cisim çıkabileceği maksimum yüksekliğe çıkarak potansiyel enerji maksimum değere sahip olmuştur ve artık bir sürate sahip olmadığı için kinetik enerjisi sıfırdır.
- konumdan 2. konuma giderken potansiyel enerji azalır, kinetik enerji artar. 2. konumda iken potansiyel enerji minimum, kinetik enerji maksimum olur. 2. konumdan 3. konuma giderken kinetik enerji azalır, potansiyel enerji artar. 3. Konumda iken potansiyel enerji maksimum olur ve kinetik enerji sıfırdır.
- Şekildeki gibi fırlatılan top A noktasından B noktasına, B noktasından C noktasına giderken sürati gitgide azalırken topun sahip olduğu yükseklik artmaktadır. Yani kinetik enerji azalırken aynı oranda potansiyel enerjisi artmaktadır.
- Top tam C noktasına geldiğinde kinetik enerji sıfır potansiyel enerji maksimum seviyeye ulaşmıştır.
- Top tekrar C noktasından D noktasına, D noktasından E noktasına giderken sürat artmakta ve sahip olduğu yükseklik azalmaktadır. Yani kinetik enerji artarken potansiyel enerji azalmaktadır.
- Top tam E noktasında iken kinetik enerji maksimum olup potansiyel enerji sıfırdır.
Verilen örneklerde de görüldüğü gibi enerji vardan yok, yoktan var olamaz. Toplam enerji daima korunur. Toplam enerjinin korunması sırasında enerji dönüşümleri gerçekleşebilir.
Günlük hayattan enerji dönüşümlerine örnekler:
- Elektrik enerjisinin ışık enerjisine dönüşmesi
- Elektrik enerjisi, elektrik sobasında ısı enerjisine dönüşmesi
- Elektrik enerjisinin vantilatörde hareket enerjisine dönüşmesi
- Ellerimizi bir birine sürttüğümüzde hareket enerjisi ısı enerjisine dönüşmesi
- Sıkıştırılmış yayın üzerine konan taşı fırlatması(potansiyel enerji kinetik enerjiye dönüşür)
- Baraj kapaklarının açılması ile suyun akması (potansiyel enerji kinetik enerjiye dönüşür)
- Güneş enerjisinin elektrik enerjisine dönüşmesi
- Rüzgar enerjisinin elektrik enerjisine dönüşmesi
Sürtünme kuvveti ve enerji:
- Yüzey ile cisim arasında, cismin hareketini zorlaştıran veya engelleyen kuvvete sürtünme kuvveti
- Sürtünme kuvveti temas gerektiren bir kuvvettir.
- Sürtünme kuvveti hareket yönüne genellikle zıttır.
- Hareket eden cisimleri yavaşlatır ve durdurur. Duran cisimlerin hareket etmesini genellikle zorlaştırır.
- Sürtünme kuvveti pürüzlü yüzeylerde daha fazladır, pürüzsüz yüzeylerde sürtünme kuvveti azdır.
- Sürtünme kuvveti cismin ağırlığına ve yüzeyin cinsine bağlıdır. Cismin ağırlığı artarsa sürtünme kuvveti de artar. Yüzeyin pürüzlülük derecesi de sürtünme kuvvetini etkiler.
- Sürtünme kuvveti, hareket halindeki cisimlerin sahip oldukları kinetik enerjiyi ısı enerjisine dönüştürerek kinetik enerjilerinin azalmasına yol açar. Azalan kinetik enerji bu şekilde farklı bir enerji türüne dönüştüğü için toplam enerji değişmemiş olur.
- Hızla giden bir araç fren yaptığı zaman yol ile tekerler arasında sürtünme kuvveti artar. Bu arada araba yavaşlayacağı için kinetik enerji azalır ama sürtünme kuvveti artacağından dolayı tekerler daha çok ısınmış olur. Sonuçta toplam enerji korunur ve değişmez.
- Ellerimizi birbirine sürttüğümüzde elimizin ısındığını hissederiz. Bunun sebebi de kinetik enerjinin ısı enerjisine dönüşmesidir.
Hava ve su direnci:
- Hava ve su ortamında hareket eden cisimlerin hareketini zorlaştıran ve cismin hareket yönüne zıt olan bir sürtünme kuvveti vardır. Bu sürtünme kuvveti hava ortamında hava direnci, su ortamında su direnci adını alır.
- Hava ve su direnci de cisimlerin süratinin dolayısıyla kinetik enerjisinin azalmasına neden olur. Bu nedenle hava ve suda hareket eden araçlar tasarlanırken hava ve su direnci dikkate alınarak tasarlanır.
- Paraşütler hava direncini artıracak şekilde düzenlenir. Bu sayede güvenli bir şekilde yere iniş gerçekleşir.
- Otomobil ve uçaklar hava direncini azaltacak şekilde düzenlenir. Hava direncini azaltmak için uçakların burun kısımları sivri yapılır.
- Deniz altılar su direncinden daha az etkilenecek şekilde yapılırlar. Aynı şekilde gemilerin ön kısımlarının V şeklinde yapılarak su direnci azaltması amaçlanmıştır.
- Vücut şekilleri ve üzerlerindeki kaygan pullar balıkların su direncinden az etkilenmelerini sağlayarak sudaki hareketlerini kolaylaştırır. Su direnci olmasaydı balıklar suda yüzemezdi.
- Bisiklet yarışçılarının yarış esnasında eğilerek, yere paralel bir biçimde yol alması.
- Yüzücülerin suya atlarken ellerini birleştirerek atlamaları su direncini azaltır. Ayrıca mayo ve bone kullanmaları da su direncini azaltır.
