Fen bilimlerinde iş, bir cisme uygulanan kuvvetin, cismi kuvvet yönünde hareket ettirmesi durumunda yapılmış demektir. Günlük yaşamda kullanılan “iş” kavramı ile fen bilimlerindeki “iş” kavramı aynı değildir. Örneğin, kitap okurken veya sırtımızda çanta taşırken fiziksel anlamda iş yapılmaz.
İş Yapılabilmesi İçin Gerekli Şartlar:
- Cisme kuvvet uygulanmalıdır. (Örneğin, Dünya Güneş etrafında hareket ederken uygulanan net kuvvet olmadığı için iş yapılmaz.)
- Kuvvet cisme yol aldırmalıdır. (Kuvvet uygulayıp bir cismi itemesek, hareket ettiremesek iş yapmış olmayız.)
- Cismin hareket yönü ile uygulanan kuvvet aynı yönde olmalıdır. (Elimize aldığımız çantayı ileri götürürken, kuvvetin yönü yukarı, hareket yönü ileri olduğu için iş yapmayız.)
Aşağıdaki Durumlarda İş Yapılmıştır:
- Sıramıza bir kuvvet uygulayıp onu sürüklesek iş yapılır. (Sürtünme kuvvetine karşı iş yapılır.)
- Çantayı elimizle yukarı kaldırırken iş yapılır.
- Dalda duran elma aşağı düşerken iş yapılır. (Yer çekimi iş yapar.)
- Bisiklet ile yokuş yukarı çıkarken iş yapılır.
- Topa ayağı ile vuran çocuk iş yapar. (Top kuvvet ile hareket etmiştir.)
- Oku fırlatırken iş yapılır.
- Pazar arabasını çekerken iş yapılır.
- El arabası ile yük taşırken iş yapılır.
- Dağa tırmanırken iş yapılır.
- Okulda bir üst kata çıkarken iş yapılır.
- Kitapları rafa yerleştirirken iş yapılır.
- Halteri yukarıya kaldırırken iş yapılır.
- Havaya zıplarken iş yapılır.
- İnşaat malzemesini yukarı taşıyan işçiler iş yapar.
- Yazı yazarken iş yapılır.
- Kapıyı açarken iş yapılır.
- Yağmur damlaları yere düşerken iş yapılır. (Yer çekimi iş yapar.)
Aşağıdaki Durumlarda İş Yapılmamıştır:
- Sabit süratle düz yolda giden araç iş yapmaz. (Dengelenmiş kuvvetler vardır, net kuvvet sıfır olduğu için iş yapılmaz.)
- Halteri yukarıda tutan halterci iş yapmaz. (Cisim hareket etmediği için iş yapılmaz.)
- Kitap okuyan öğrenci fiziksel olarak iş yapmaz. (Kitap hareket etmediği için iş yapılmaz.)
- Dünya’mızın Güneş etrafındaki hareketi iş yapmaz. (Dünya üzerindeki net kuvvet sıfır olduğu için iş yapılmaz.)
- Büyük bir yükü yerden kaldıramayan kişi iş yapmaz. (Cisim yol almamıştır.)
- Elindeki çantayı sallamadan düz yolda taşıyan kişi iş yapmaz. (Kuvvet yukarı, hareket yönü yataydır.)
- Asansörün içerisinde yukarı çıkan kişi iş yapmaz. (Asansör iş yapar.)
İşin Formülü:
İş, uygulanan kuvvet ile kuvvet doğrultusunda alınan yolun çarpımına eşittir.
İş = Kuvvet × Yol W=F×x
- İş (W) birimi Joule (J)
- Kuvvet (F) birimi Newton (N)
- Alınan yol (x) birimi metre (m)
Bir cisim 1 N’luk kuvvetle 1 metre yol aldığında 1 Joule’lük iş yapar.
Enerji Nedir?
İş yapabilme yeteneğine enerji denir. Bir işin yapılabilmesi için enerjiye ihtiyaç vardır.
- Enerji birimi Joule (J)‘dür.
- Ne kadar iş yaparsak o kadar enerji harcarız; ne kadar enerji harcarsak o kadar iş yaparız. İş ve enerji birimleri aynıdır.
Enerji Türlerine Örnekler: Elektrik enerjisi, nükleer enerji, ısı enerjisi, ışık enerjisi, potansiyel enerji, kinetik enerji, rüzgar enerjisi, jeotermal enerji, kimyasal enerji, ses enerjisi, mekanik enerji.
Günlük Yaşamda Enerji Örnekleri:
- İnsanlar enerji ihtiyacını besinlerdeki kimyasal enerjiden karşılar.
- Cep telefonunun çalışması için gerekli elektrik enerjisi, pilde kimyasal enerji olarak depolanır.
- Bütün enerjilerin kaynağı Güneş‘tir.
- Bitkiler Güneş’ten aldıkları ışık enerjisini besin üretmek için kullanırlar.
- Evimizi ısıtmak için ısı enerjisine ihtiyacımız vardır.
Kinetik Enerji (Hareket Enerjisi)
Hareketli cisimlerin sahip olduğu enerjidir.
- Kinetik enerji kütle ve süratle doğru orantılıdır.
- Aynı süratle giden bir otomobil ve kamyondan, kamyonun kinetik enerjisi daha fazladır (çünkü kütlesi daha fazladır).
- Bir aracın sürati arttıkça kinetik enerjisi de artar.
Potansiyel Enerji
Cisimlerin, içlerinde saklı olan enerji çeşididir. İki çeşittir:
- Çekim Potansiyel Enerjisi
- Cismin konumundan (bulunduğu yerden) kaynaklanan enerjidir.
- Cismin ağırlığına ve yerden yüksekliğine bağlıdır.
- Yerden yüksekliği ve ağırlığı arttıkça çekim potansiyel enerjisi de artar.
- Esneklik Potansiyel Enerjisi
- Esnek cisimlerin içlerinde depoladığı enerjidir.
- Esneklik potansiyel enerjisi, esnek maddenin gerilmesi veya sıkıştırılması ile depolanır.
- Esneklik potansiyel enerjisi, esnek maddenin kalınlığına ve gerilme miktarına bağlıdır.
- Sıkışmış yayda, gerilmiş okta, gerilmiş paket lastiğinde esneklik potansiyel enerjisi vardır.
Enerji Dönüşümleri
Evrende kinetik enerji, potansiyel enerji, ısı enerjisi, ışık enerjisi, kimyasal enerji ve elektrik enerjisi gibi birçok enerji türü bulunur. Bir cisim aynı anda birden fazla enerjiye sahip olabilir. Örneğin, sürati olan bir cismin kinetik enerjisi, yüksekte duran bir cismin çekim potansiyel enerjisi, sıkıştırılmış bir yayın ise esneklik potansiyel enerjisi vardır.
A- Enerji Dönüşüm Örnekleri
Enerji, farklı olaylarda bir türden başka bir türe dönüşebilir. İşte bazı örnekler:
- Sarkaçta Enerji Dönüşümü
İpin ucuna bağlı bir topun sağa sola hareketi sırasında kinetik ve potansiyel enerji dönüşümleri gerçekleşir.
- 1’den 2’ye giderken: Potansiyel enerji azalır, kinetik enerji artar.
- 2’den 3’e giderken: Potansiyel enerji artar, kinetik enerji azalır.
- Potansiyel enerjinin en fazla olduğu noktalar: 1 ve 3’tür.
- Kinetik enerjinin en fazla olduğu nokta: 2’dir.
- Mekanik enerji (potansiyel ve kinetik enerjinin toplamı): Sürtünmeler ihmal edildiğinde değişmez.
- Aşağıdan Yukarı Fırlatılan Topun Enerji Dönüşümü
- Aşağıdan fırlatılan topun başlangıçta kinetik enerjisi vardır.
- Yukarı doğru çıkarken kinetik enerji azalır, potansiyel enerji artar.
- En tepe noktada kinetik enerjinin tamamı potansiyel enerjiye dönüşür (kinetik enerji sıfır olur).
- Yukarıdan aşağı inerken potansiyel enerji azalır, kinetik enerji artar.
- Yay ile Ok Fırlatan Okçunun Enerji Dönüşümü
- 1. durumdan 2. duruma geçerken: Yay gerildiğinde esneklik potansiyel enerjisi oluşur.
- 2. durumdan 3. duruma geçerken: Depolanan esneklik potansiyel enerjisi, oku fırlatırken kinetik enerjiye dönüşür.
- Sırıkla Yüksek Atlama Yapan Sporcunun Enerji Dönüşümleri
- Sporcu koşarken kinetik enerjiye sahiptir.
- Sırık büküldüğünde, sporcunun kinetik enerjisi sırıkta esneklik potansiyel enerjiye dönüşür.
- Sırık düzleşirken, depolanan esneklik potansiyel enerji sporcuda çekim potansiyel enerjiye ve kinetik enerjiye dönüşür (yükselme ve hareket etme).
- Sporcu mindere düştüğünde, kinetik enerjisi minderle sürtünme sonucu ısı enerjisine dönüşür.
Diğer Enerji Dönüşümü Örnekleri:
- Elektrik enerjisi ampulde ışık enerjisine dönüşür.
- Elektrik enerjisi ütüde ısıya dönüşür.
- Elektrik enerjisi elektrik motorunda hareket enerjisine dönüşür.
- Ellerimizi birbirine sürttüğümüzde hareket enerjisi ısı enerjisine dönüşür.
- Sıkıştırılmış yay serbest bırakıldığında esneklik potansiyel enerjisi hareket enerjisine dönüşür.
- Cep telefonunun bataryasında depolanan kimyasal enerji, telefon çalışırken elektrik enerjisine dönüşür.
- Salıncakta sallanan kişide potansiyel ve kinetik enerji dönüşümleri sürekli olarak görülür.
B- Enerjinin Korunumu
Yukarıda bahsedilen olaylarda, enerji türleri değişse de toplam enerji miktarı aynı kalmıştır. Bu ilkeye enerjinin korunumu denir. Enerji yoktan var olmaz, var olan enerji de yok olmaz. Enerjinin korunumu yasasına göre, enerji bir türden başka bir türe dönüşebilir ancak hiçbir zaman tamamen kaybolmaz veya sıfırdan oluşmaz.
C- Sürtünme Kuvvetinin Kinetik Enerji Üzerindeki Etkisi
Hareket eden cisimlerde kinetik enerji bulunur. Sürtünme kuvveti, hareket eden cisimlerin hareketini zorlaştırdığı için kinetik enerjide azalmaya neden olur. Bu azalma genellikle kinetik enerjinin ısı enerjisine dönüşmesi şeklinde ortaya çıkar.
Sürtünme Kuvvetinin Özellikleri:
- Cisimlerin hareket yönüne zıttır.
- Cisimlerin hareketini zorlaştırır ve durdurur.
- Duran bir cismi harekete geçiremez.
- Kinetik enerjide azalmaya neden olur.
- Sürtünen yüzeylerde ısınmaya neden olur.
- Sürtünme kuvveti nedeniyle eşyalarımız eskir.
- Sürtünme kuvveti, sürtünen yüzeyin cinsine ve cismin ağırlığına bağlıdır.
- Sürtünen yüzeyin büyüklüğüne bağlı değildir.
Hava Direnci
Havadaki sürtünme kuvvetine hava direnci denir. Hava direnci sayesinde paraşütle güvenli bir şekilde yere inilir. Hava direncini azaltmak için özel kasklar (örneğin bisikletçilerde) veya aerodinamik tasarımlar (örneğin hızlı araçlarda) kullanılır.
Su Direnci
Sudaki sürtünme kuvvetine su direnci denir. Su direnci, deniz taşıtlarının daha yavaş hareket etmesine neden olur.
Not: Su direnci genellikle hava direncinden daha büyüktür.
Fen liseleri taban puanları ve yüzdelik dilimleri için sayfamızı takip ediniz.