İş, Enerji ve Güç
Fizikte iş, günlük hayatta kullanılan anlamından farklıdır. Bir kuvvetin, bir cisme etki ederek cismin yer değiştirmesine neden olması durumunda fiziksel olarak iş yapılmış olur.
Bir cisme kuvvet uygulanmasına rağmen yer değiştirme yoksa fiziksel anlamda iş yapılmaz. Örneğin, bir duvara itilen fakat hareket etmeyen cisim üzerinde iş yapılmamıştır.
A) Kuvvet – Yer Değiştirme Grafiği Kullanılarak İş Kavramının Tanımlanması
İş kavramı, kuvvet ile yer değiştirme arasındaki ilişki üzerinden tanımlanır. Bu ilişki kuvvet – yer değiştirme grafiği ile gösterilebilir.
Kuvvet – yer değiştirme grafiğinde grafik altında kalan alan, yapılan işe eşittir. Kuvvet sabit ise yapılan iş, kuvvet ile yer değiştirmenin çarpımıyla bulunur.
İş Formülü:
W = F × x × cosθ
Burada θ, kuvvet ile yer değiştirme arasındaki açıdır. Eğer kuvvet yer değiştirme yönüyle aynı yönde uygulanıyorsa cosθ = 1 olur ve iş maksimum değerini alır.
Kuvvet ile yer değiştirme ters yönde ise yapılan iş negatiftir. Sürtünme kuvveti bu duruma örnek olarak verilebilir.
Eğer kuvvet yer değiştirmeye dik ise yapılan iş sıfırdır. Merkezcil kuvvet bu duruma örnektir.
B) İş, Enerji ve Güç Kavramları Arasındaki İlişki
Enerji, bir cismin iş yapabilme yeteneğidir. Bir sistem iş yapabiliyorsa enerjiye sahiptir.
İş yapıldığında enerji transferi gerçekleşir. Enerji bir sistemden diğerine iş veya ısı yoluyla aktarılabilir.
Enerji Birimi: Joule (J)
Güç, yapılan işin zamana oranıdır. Aynı işi daha kısa sürede yapan sistem daha büyük güce sahiptir.
Güç Formülü:
P = W / t
Ayrıca hareket eden cisimler için güç, kuvvet ile hızın çarpımı olarak da ifade edilebilir.
Anlık Güç:
P = F × v
Güç birimi Watt’tır (W). 1 Watt, 1 saniyede yapılan 1 Joule’lük işe eşittir.
2.2. Enerji Biçimleri
Enerji, doğada farklı şekillerde bulunur ve bu şekillere enerji biçimleri denir. Enerji biçimleri birbirine dönüşebilir ancak enerji miktarı korunur.
Bu ilke enerjinin korunumu olarak adlandırılır.
1) Kinetik Enerji
Kinetik enerji, hareket eden cisimlerin sahip olduğu enerjidir. Bir cismin hızı arttıkça kinetik enerjisi de artar.
Formül:
Ek = ½ m v²
Aynı hızda hareket eden iki cisimden kütlesi büyük olanın kinetik enerjisi daha fazladır.
2) Potansiyel Enerji
Potansiyel enerji, cismin konumuna veya durumuna bağlı olarak sahip olduğu enerjidir.
Yer çekimi potansiyel enerjisi, cismin yerden yüksekliğine bağlıdır.
Formül:
Ep = m g h
Yükseklik arttıkça potansiyel enerji de artar.
3) Esneklik Potansiyel Enerjisi
Esnek cisimler sıkıştırıldığında veya gerildiğinde enerji depolar. Bu enerjiye esneklik potansiyel enerjisi denir.
Yaylar bu enerji türüne örnektir.
4) Isı (Termal) Enerjisi
Maddelerin taneciklerinin düzensiz hareketleri nedeniyle sahip olduğu enerjiye ısı enerjisi denir.
Sıcaklık arttıkça taneciklerin kinetik enerjisi artar.
5) Kimyasal Enerji
Kimyasal enerji, maddelerin moleküler yapısında depolanan enerjidir.
Besinler, piller ve yakıtlar kimyasal enerjiye sahiptir.
6) Elektrik Enerjisi
Elektrik yüklerinin hareketi sonucu oluşan enerjiye elektrik enerjisi denir.
Günlük hayatta en yaygın kullanılan enerji türlerinden biridir.
7) Işık Enerjisi
Elektromanyetik dalgalarla yayılan enerji türüdür.
Güneş, en büyük ışık enerjisi kaynağıdır.
8) Nükleer Enerji
Atom çekirdeğinde gerçekleşen tepkimeler sonucu ortaya çıkan enerji türüdür.
Oldukça büyük miktarda enerji açığa çıkarır.
Enerji biçimleri günlük yaşamda sürekli birbirine dönüşür. Örneğin hidroelektrik santrallerde potansiyel enerji, kinetik enerjiye ve daha sonra elektrik enerjisine dönüşür.