11.sınıf fizik iş, güç, kinetik ve potansiyel enerji formülleri, verim ve enerjinin korunumu ders notları.
İş
Bir cismin uygulanan kuvvet doğrultusunda hareketine fiziksel anlamda iş denir.
Skaler büyüklüktür, W ile gösterilir ve birimi Joule dür.
Fiziksel anlamda iş yapmış olmak için,
1- cisme net kuvvet uygulanmalı,
2- cisim kuvvet doğrultusunda hareket etmelidir.
Hareket doğrultusuna dik kuvvetle iş yapmaz.
Örnek:
Yukarıdaki şekilde sürtünmesiz yatay zeminde K, L, M ve N kuvvetlerinin etki ettiği cisim gösterilen yönde hareket ediyor.
Buna göre L kuvveti iş yapmazken, K kuvveti negatif iş yapar.
Cisim kuvvete aynı yönde hareket ediyorsa pozitif iş yapmış olur.
Cisim kuvvete ters yönde hareket ediyorsa negatif iş yapmış olur.
Örnek: Sürtünme kuvveti negatif iş yapar.
Sürtünme kuvvetinin yaptığı iş ısı enerjisine dönüşür.
W = Yapılan iş (Joule – j)
F = Cisme uygulanan kuvvet (Newton – N)
x = Kuvvet doğrultusunda yer değiştirmesi (metre – m)
ÖRNEK :
Sürtünmesiz ortamda K cismine şekildeki kuvvetler uygulanıyor, cisim yatay doğrultuda 5 metre yer değiştirdiğine göre yapılan iş kaç Joule dur?
Çözüm :
Cisim yatay doğrultuda harekete geçtiği için 8N luk kuvvet iş yapmaz.
Yatay doğrultudaki kuvvetlerin bileşkesi 10 – 4 = 6 N
W = F.x = 6.5 = 30 Joule
Güç
Birim zamanda yapılan işe güç denir.
Skaler büyüklüktür, P ile gösterilir birimi Watt tır.
Aynı fiziksel işi yapan makinelerden, o işi en kısa sürede yapan makine daha güçlü olacaktır.
P = Güç (Watt)
W = Yapılan iş ( Joule – j)
t = Geçen süre ( saniye – s)
ÖRNEK :
Sürtünmesiz yatay düzlemdeki bir cisme 10 N bir kuvvet 2 saniye boyunca uygulandığında, cisim 6 metre yer değiştiriyor. Buna göre harcanan güç kaç Watt tır?
W = F.x =10.6 = 60 joule
P = W/t = 60/2 = 30 Watt
Verim
Yapılan işin harcanan enerjiye oranına verim denir.
Verim 1 veya 1 den küçük değer alır.
Verim = 1 olduğu zaman iş %100 verimlidir.
Günlük hayatta sürtünme kuvvetinden dolayı enerjinin bir kısmı ısıya dönüşür bu nedenle verim %100 olamaz.
Öteleme kinetik enerjisi
Cisimlerin öteleme hızı ve kütlesinden dolayı sahip olduğu enerjiye öteleme kinetik enerjisi denir.
Skaler büyüklüktür, Ek ile gösterilir, birimi Joule dür.
Ek= Öteleme kinetik enerjisi (Joule – j)
m = Cismin kütlesi (kilogram – kg)
v = Cismin hız büyüklüğü (m/s)
Çekim potansiyel enerjisi
Seçilen bir yere göre cisimlerin ağırlığı ve yüksekliğinden dolayı sahip olduğu enerjiye çekim potansiyel enerjisi denir.
Skaler büyüklüktür, Ep ile gösterilir, birimi Joule dür.
Kütle çekim kuvvetinden kaynaklanır.
Ep = Çekim potansiyel enerjisi (Joule)
m = Cismin kütlesi (kilogram – kg)
g = Yerçekimi ivmesi ( 10 m/s2)
h = Cismin yerden yüksekliği (metre – m)
Noktasal olmayan cisimlerde yükseklik (h) kütle merkezinin yerden yüksekliğidir.
ÖRNEK 1:
Şekildeki 5 kg kütleli cisim yerden 3 metre yükseklikte iken yer göre çekim potansiyel enerjisi kaç Joule dur? (g=10 m/s2)
Çözüm:
Ep= mgh = 5.10.3 = 150 J
Esneklik potansiyel enerjisi
Bir yayın sıkışması veya uzaması sonucu yayda depo edilen enerjiye esneklik potansiyel enerji denir.
Eyay = Esneklik potansiyel enerjisi (Joule – j)
k = Yay sabiti (N/m)
x = Yayın uzama veya sıkışma miktarı (metre – m)
Enerji değişimi
Bir cismin hız büyüklüğü değişiyorsa öteleme kinetik enerjisi, yüksekliği değişiyorsa çekim potansiyel enerjisi değişir.
Cismin enerji değişimi son ve ilk enerjisinin farkıyla bulunur. Enerji değişimi ΔE ile gösterilir.
Cismin enerjisi değişiyorsa cisim üzerinde iş yapılmış olur.
İş, enerji değişimine eşittir.
W = Yapılan iş (Joule – j)
ΔE = Potansiyel veya kinetik enerji değişimi.
ÖRNEK :
Sürtünmesiz ortamda ilerleyen 2 kg kütleli K cisminin hızı 5 m/s den 8 m/s ye çıkmıştır. Buna göre cisim üzerinde yapılan iş kaç joule dur ?
Çözüm :
İlk kinetik enerjisi; Eilk = 1/2 mv2 = 1/2. 2. 52 = 25 j
Son kinetik enerjisi ; Eson= 1/2 mv2 = 1/2.2.82 = 64J
W = ΔE = Eson – Eilk = 64 -25 =39 J
Mekanik enerji
Kinetik ve potansiyel enerji toplamına mekanik enerji denir.
Sürtünmesiz ortamlarda mekanik enerji korunur.
Kinetik ve potansiyel enerji toplamı değişmez, sabit kalır.
Kinetik enerji artarsa potansiyel enerji azalır, potansiyel enerji artarsa kinetik enerji azalır.
Sürtünmeli ortamlarda mekanik enerji korunmaz ancak toplam enerji korunur.
Bu durumda mekanik enerji ısı enerjisine dönüşür.
