İŞ-GÜÇ-ENERJİ
Bu konumuzda iş-güç-enerjiyi göreceğiz.
İyi Çalışmalar.
İŞ
İş kelimesi, günlük hayatta çok
kullanılan bir kelimedir. Yatay ve sürtünmesiz yüzey üzerinde durmakta olan bir
cismin F büyüklüğünde bir kuvvet şeklideki gibi uygulanır.
Yola paralel bir F kuvveti cisme yol aldırabiliyorsa
iş yapıyor demektir.Yapılan iş, kuvvet ile yolun çarpımına eşittir. İş W
sembolü ile gösterilirse,
|
|
W = F.D x olur.
|
Burada F ile Dx yolunun
paralel olması gerekir. Eğer F kuvveti yola paralel değilse işi yapan kuvvet
F kuvvetinin yola paralel olan Fx bileşenidir.
|
|
W
= Fx . Dx dir. Fx = F .
cosa dır.
Hareket doğrultusuna dik olan kuvvetler
iş yapmazlar.
Duran ya da hareket eden bir cisme
uygulanan F kuvveti cismin başlangıç şartlarına bağlı olarak değişik
hareketlere neden olabilir.
Örneğin duran bir cisme
sabit bir kuvvet uygulanarak iş yapılırsa, cisim düzgün
hızlanan hareket yapar.
Herhangi bir kuvvet yönünde yapılan iş
pozitif ise, ters yönde uygulanan kuvvetin yaptığı iş negatiftir.
W = F . Dx bağıntısına göre, iş
yapılabilmesi için kuvvet cisme yol aldırmalı ve kuvvet ile yol paralel
olmalıdır.
Eğer cisim h yüksekliğinden serbest
bırakılıp aşağı doğru düşerse, yerçekimi iş yapmıştır.
GÜÇ
Birim zamanda yapılan işe güç denir.
|
SI (MKS) birim sisteminde güç birimi
|
1 kw = 1000 watt tır.
ENERJİ
Cismin iş yapabilme kapasitesidir.
Skaler bir büyüklüktür. İş birimleri aynı zamanda enerji birimlerine eşittir.
Enerji skaler bir büyüklüktür. Yani
enerjinin yönü, bileşeni ve uygulama noktası gibi vektörel özellikleri yoktur.
Bir sisteme uygulanan kuvvet iş
yapıyorsa yapılan iş enerjideki değişime eşittir.
Wdış = DEsistem = E2 –
E1 dir.
Buna göre, sistemin enerjisinde bir
değişme var ise iş yapılmıştır, değişme yok ise iş yapılmamış demektir. Bir
sisteme uygulanan kuvvetler bu sistemin enerjisini artırıyorsa, pozitif iş
yapar. Bu kuvvetler sistemin enerjisini azaltıyorsa, negatif iş yapar.
Enerji çeşitleri oldukça fazladır.
Mekanik enerji, ısı enerjisi, Güneş enerjisi, nükleer enerji, rüzgar enerjisi,
bazı enerji çeşitleridir. İş birimleri ile enerji birimleri aynıdır.
Kinetik
Enerji
Hareket halindeki cisimlerin sahip
olduğu enerjiye kinetik enerji denir.
Kütlesi m, hızı v olan bir cismin
kinetik enerjisi,
şeklinde tanımlanır. Kinetik enerji
kütle ile hızın karesinin çarpımı ile doğru orantılıdır. Birimi Joule dir.
Kinetik enerji-hız grafiği şekildeki gibidir. Düz
bir yolda cisme F kuvveti uygulandığında, yapılan iş cismin kinetik enerji
değişimine eşit olur.
|
|
Potansiyel
Enerji
Potansiyel enerjiyi, yer çekim
potansiyel enerjisi ve esneklik potansiyel enerjisi olmak üzere iki çeşidi
incelenecektir.
Yerçekim
Potansiyel Enerjisi
Cisim sabit hızla çıkarıldığı için
kinetik enerji değişmemiştir. O halde yapılan iş, cismin potansiyel enerji
değişimine eşittir. Buna göre, yerden h kadar yükseklikte cismin yere göre
potansiyel enerjisi,
Ep =mg.h
bağıntısı ile bulunur. Burada h
yüksekliği, cismin potansiyel enerjisi nereye göre soruluyorsa, oraya olan
yüksekliktir. Küçük cisimlerin potansiyel enerjisi yazılırken ağırlık
merkezinin yeri dikkate alınmaz. Fakat büyük cisimlerde ağırlık merkezinin yeri
değiştirildiğinde cismin potansiyel enerjisi değişir.
Türdeş ve m kütleli cismi I. durumdan
II. duruma getirmek için iş yapılır. Yapılan iş cismin potansiyel enerjisindeki
değişime eşittir.
Potansiyel enerji değişimi cismin kütle
merkezinin değişiminden bulunur. Cisim I. konumdan II. konuma getirildiğinde,
kütle merkezi h/2 kadar yükselir. Buna göre, potansiyel enerji değişimi ve
yapılan iş
· Net kuvvetin yaptığı iş cismin kinetik enerjisindeki
değişme miktarına eşittir.
· yer çekimi kuvvetine karşı yapılan iş, cismin
potansiyel enerji değişimine eşittir.
|
Esneklik
Potansiyel Enerji
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. Daha önce öğrenildiği
gibi, yay x kadar sıkıştırılır ya da gerilirse yayın geri çağırıcı kuvveti
F = – k . x olur.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.
Sürtünmeden
Dolayı Isıya Dönüşen Enerji
Sürtünmeli bir ortamda hareket eden cisimlere
sürtünme kuvveti uygulandığını öğrenmiştik. Tekrar hatırlayalım. 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 =
k . N bağıntısından bulunur
|
|
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 iki yoldan
bulunur.
1. İki nokta arasında hareket eden cismin,
sürtünmeden dolayı ısıya dönüşen enerjisi, her iki noktadaki mekanik
enerjiler arasındaki farktan bulunur. Cismin ilk enerjisi E1, son
enerjisi E2 ise, sürtünmeden dolayı ısıya dönüşen enerji,
Eısı = E1 – E2 den bulunur. |
|
2. İlk ve son durumdaki mekanik
enerjiler bilinmiyor, fakat sürtünme kuvveti ile yer değiştirme biliniyorsa,
ısıya dönüşen enerji sürtünme kuvvetinin yaptığı işe eşit olur.
Sürtünme kuvvetinin yaptığı iş,
Eısı =
W = fs . Dx dir.
Buna göre, sürtünmeden dolayı ısıya
dönüşen enerji, sürtünme kuvveti ve yer değiştirme miktarı ile doğru
orantılıdır.
ENERJİNİN
KORUNUMU
Bir sistemdeki enerji; kinetik ve
potansiyel gibi çok farklı türler halinde bulunabilir. Bu enerji türleri kendi
aralarında dönüşüme uğrayabilir. Örneğin elektrik enerjisi ütüde ısıya, ampülde
ışığa, çamaşır makinesinde hareket enerjisine dönüşür.
Enerji kaybolmadan bir türden başka bir
tür enerjiye dönüşür. Toplam enerji daima sabittir. Toplam enerji sabit ise,
bir tür enerji azalırken başka bir tür enerji aynı oranda artar.
1. Sürtünmelerin ihmal edildiği
sistemlerde kinetik ve potansiyel enerjilerin toplamı sabittir. Sürtünme
olmadığı için ısıya dönüşen enerji olmaz. Mekanik enerji toplam enerjiye
eşittir.
Etop =
Ek + Ep = sabit
Kinetik enerjideki artış, potansiyel
enerjideki azalışa ya da, kinetik enerjideki azalış, potansiyel enerjideki
artışa eşittir.
2. Sürtünmenin olduğu sistemlerde
mekanik enerji (Ek + Ep) sabit değildir. Zamanla mekanik enerji azalır. Azalma
miktarı kadar enerji, sürtünmeden dolayı ısı enerjisine dönüşür. Toplam enerji
ise sabittir.
Etop =
Ek + Ep + Eısı = sabit
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder