Kuvvet, İş ve Enerji İlişkisi
- Bir cismin fiziksel anlamda iş yapabilmesi için cismin, cisme uygulanan kuvvet doğrultusunda yol alması gerekmektedir. Cisim, uygulanan kuvvet doğrultusunda hareket etmiyorsa fiziksel anlamda iş yapılmamıştır.
- Yapılan işin fiziksel anlamda iş sayılabilmesi için;
-
-
- Cisme kuvvet uygulanmalı,
- Cisim uygulanan kuvvetin doğrultusunda yol almalıdır.
-
- Yapılan işin büyüklüğü; cisme uygulanan kuvvetin büyüklüğüne ve cismin kuvvetin etkisi ile aldığı yola bağlıdır.
- Yapılan işin büyüklüğünü hesaplamak için aşağıdaki bağlantıyı kullanırız.
- İşin birimi Joule(J), kuvvetin birimi Newton(N) ve alınan yolun birimi ise Metredir(m).
İş yapılan durumlara örnekler:
- Merdivenlerden tuğla taşıyan işçi
- Merdivenlerden elindeki çantasıyla çıkan kişi
- Halteri kaldıran halterci
- Kapıyı çekerek açan kişi
- Taksiyi iten ve hareket ettirebilen kişi
- Çantasını yerden kaldıran öğrenci
- Küçük kağıt parçasını üfleyerek hareket ettiren kişi
- Karda kızağın çekilmesi
- Ağaçtan meyvelerin toplanması
- Bisiklet sürülmesi
- Çekilen kapının açılması
- Belirli yükseklikten bırakılan cismin yere düşmesi
- El arabasıyla bir şeyler taşımak
- Oku fırlatmak için yayı germek
- Kaleye şut çekmek
- Merdivenlerden yukarı çıkar veya aşağı inersek
- Dağa veya yüksek bir tepeye tırmanırsak
- Elimizdeki çantayı sallayarak bir noktadan başka bir noktaya taşınması
- Tuğlayı yerden alıp duvar örülmesi
- Yazı yazmak
- Bir cismi havaya fırlatmak
- Kitapları yerden alıp rafa veya masaya koyulması
İş yapılmayan durumlara örnekler:
- Ayakta duran kişi
- Elindeki çantayı sallamadan tutan çocuk
- Elindeki çantayı sallamadan yürüyen çocuk
- Halteri tutan halterci
- Duvarı iten kişi
- Kamyonu iten ama hareket ettiremeyen kişi
- Uyuyan kişi
- Kitap okuyan kişi
- Ders çalışan kişi
- Konuşan kişi
- Problem çözen öğrenci
- İtilen kapının açılmaması
- Bir cismi kaldıramayan kişi
Unutma! Kuvvetle hareket doğrultusu arasında 90 derecelik açı olursa fen anlamında iş yapılmış sayılmaz.
Enerji:
- İş yapabilme yeteneğine enerji denir. Bir iş yapılıyorsa mutlaka enerji harcanıyordur.
- Enerji, iş yapabilme yeteneği olduğundan enerji ve işin birimleri aynıdır. Enerji birimi Joule‘dür. “J” ile gösterilir.
- Enerji, genel anlamda kinetik enerji ve potansiyel enerji olmak üzere iki başlık altında incelenir.
Kinetik enerji:
- Hareket eden cisimlerin sahip olduğu enerjiye kinetik enerji (hareket enerjisi) denir.
- Kinetik enerji cismin kütlesi ve cismin sahip olduğu hız ile doğru orantılıdır. Cismin kütlesi arttıkça kinetik enerji artar, kütlesi azaldıkça kinetik enerjisi azalır. Cismin sahip olduğu hız arttıkça kinetik enerji artar, hız azaldıkça kinetik enerji azalır.
- Eşit kütleli varlıklardan sürati büyük olanın kinetik enerjisi daha büyüktür. Aşağıdaki özdeş iki araçtan sürati büyük olanın kinetik enerjisi daha fazladır.
- Hızları eşit olan cisimlerden kütlesi büyük olan cisimlerin kinetik enerjisi de büyüktür. Aşağıdaki süratleri eşit olan iki araçtan kütlesi daha büyük olan kamyonun kinetik enerjisi daha fazladır.
Potansiyel enerji:
- Bazı cisimler, konumlarından dolayı iş yapabilme yeteneğine sahiptir. Cisimlerin konumlarından dolayı sahip oldukları enerjiye potansiyel enerji denir.
- Potansiyel enerji, çekim potansiyel ve esneklik potansiyel enerji olmak üzere iki çeşittir.
- Belirli yükseklikte bulunan cisimler, yer çekimi kuvvetinin etkisi ile çekim potansiyel enerjisine sahip olur.
- Çekim potansiyel enerji cismin yerden yüksekliğine ve cismin kütlesine bağlıdır. Cismin kütlesi arttıkça çekim potansiyel enerjisi artar, cismin kütlesi azaldıkça çekim potansiyel enerjisi azalır. Cismin yerden yüksekliği arttıkça çekim potansiyel enerjisi artar, cismin yerden yüksekliği azaldıkça çekim potansiyel enerjisi azalır.
- Kütleleri aynı cisimlerin yerden yüksekliği fazla olanın çekim potansiyel enerjisi de fazladır. Aşağıdaki şekilde 4h yüksekliğinde olan cismin çekim potansiyel enerjisi daha fazladır.
- Yerden yükseklikleri aynı olan cisimlerden kütlesi fazla olanın sahip olduğu çekim potansiyel enerjisi de fazladır. Aşağıdaki şekilde kütlesi 2m olan cismin çekim potansiyel enerjisi daha fazladır.
- Esnek cisimlerin sıkışması veya gerilmesi sonucunda sahip oldukları enerjiye esneklik potansiyel enerjisi
- Esneklik potansiyel enerjisi; sıkıştırılma ya da gerilme miktarına, esnek cismin cinsine ve kalınlığına bağlı olarak değişir.
- Sıkıştırma ya da gerilme miktarı arttıkça esneklik potansiyel enerjisi artar. Aşağıdaki Şekilde I ve II numaralı özdeş esnek cisimlerden, II numaralı görseldeki gerilme miktarı I numaralı görselden daha fazla olduğu için esneklik potansiyel enerji daha fazla olur.
- Esneklik potansiyel Enerjisi esnek maddenin kalınlığı ile doğru orantılıdır. Yukardaki şekilde gerilme miktarı eşit olan II ve III numaralı görsellerden, III numaralı görseldeki esnek cisim daha kalın olduğu için esneklik potansiyel enerji daha fazla olur.
