İş ve Enerji (Konu Anlatımı)

iş kelimesi hakkında siz ne düşünüyorsunuz? Hangi durumlarda iş yapılmış olur?
Buzdolabına kuvvet uygulayarak onun yerini değiştirdiğimizde bir iş yapmış oluruz. Ancak aynı dolaba kuvvet uyguladığımız hâlde onun yerini değiştiremiyorsak yorulduğumuz hâlde bir iş yapmış sayılmayız.

Buna göre yandaki resimlerden hangisinde bir iş yapıldığını söyleyebiliriz?

İş yapmış olabilmemiz için uyguladığımız kuvvetin yönü ile cismin aynı yönde yer değiştirmiş olması lazımdır. Buna göre kapı hareket ederken iş yapmış oluruz. 2. durumda kapı kuvvet sonucu yer değiştirme olmayınca iş yapmış olmayız.

Yapılan işin büyüklüğü, cisme uygulanan kuvvetin büyüklüğüne ve cismin yer değiştirme mesafesine bağlıdır.
inşaat ustası, aşağıda görülen birinci resimde yerden aldığı bir tuğlayı; ikinci resimde ise iki tuğlayı duvarın üstüne koymaktadır. Tuğlalar her iki resimde de aynı yüksekliğe konulmaktadır. iki tuğla, bir tuğladan iki kat daha ağırdır. Dolayısıyla iki tuğlayı kaldırmak için uygulanan kuvvet, bir tuğlaya kaldırmak için uygulanan kuvvetin iki katıdır. Bu sebeple yapılan iş de iki kat fazladır. Kuvvet biriminin Newton (Nivton), yol biriminin de metre olduğunu ve Newton’un kısaca “N” ile metrenin de “m “ ile gösterildiğini biliyoruz. işin birimi ise N.m dir. N.m ye özel olarak joule (jul) denir. Bir N’luk bir kuvvet, bir cismi, 1 m’lik bir yolda ve kuvvet
yönünde hareket ettirirse 1 J’lük iş yapmış olur. 2 N’luk bir kuvvet, bir cismi, 3 metre hareket ettirirse 6 J iş yapmış olur.

Kuvvet, yer değiştirme ve iş arasındaki ilişkiyi anlayabildik mi?
Kitapları alıp rafa yerleştiren erkek öğrencinin fen anlamında bir iş yapmış olduğunu söyleyebiliriz. Oysaki kız  öğrenci kitapları omzuna koyarak başka bir noktaya taşıdığında yer çekimi kuvvetine karşı bir iş yapmış olmaz. Çünkü taşıma sırasında kitaplara uygulanan kuvvetin yönü düşey, gerçekleşen hareketin yönü ise
yataydır.

Demek ki iş yapılabilmesi için cisme uygulanan kuvvetin hareketle aynı doğrultuda olması gerekir.
Sonuç olarak şunu söyleyebiliriz ki cisme, hareket doğrultusuna, dik olarak etki eden kuvvet, bilimsel anlamda bir iş yapmış olmaz. Buna göre yüksekten bırakılan bir cismin yere düşmesiyle iş yapılmış olur mu? Cevabımız “Evet” ise bu işin hangi kuvvet tarafından yapıldığını söyleyelim? Yandaki fotoğraşarda da görüldüğü gibi
yerden aldığımız bir kitabı, kitaplığımızın ikinci rafına mı yoksa daha yüksekteki dördüncü rafına mı yerleştirdiğimizde daha çok iş yapmış oluruz?

*İş kuvvet ile cismin yer değiştirme doğrultusunun aynı olması durumunda kuvvet ile cismin yer değiştirme mesafesi çarpımına eşittir.

*Cisim Uygulanan kuvvet ile aynı yönde yer değiştirmiyorsa yer değiştirme 0 alınır dolayısı ile iş yapılmamış olup iş 0 dır.

* işin birimi ise N.m dir. N.m ye özel olarak joule (jul) denir.

*Enerji iş yapabilme yeteneğidir. E ile gösterilir. Enerji birimi işin birimi ile aynıdır , yani joule dir.

*İş net kuvvet ve alınan yol ile doğru orantılıdır.

*Bir kitap raftan aşağı doğru düşerken iş yapmış olur. Kitabı hareket ettiren kuvvet olan yerçekimi ile aynı yönlü hareket eder.

*Yağmur damlalarına etki eden yerçekimi de ş yapmış olur.

*Halterini kaldıran haltercide iş yapış olur.

Günlük konuşmalarımızda “enerji” kavramını sıkça kullanırız. “Enerjimiz yetersiz.” “Enerji fiyatları gittikçe artıyor.” “Enerji tasarrufu yapmalıyız.” vb. sözlerin hiç de yabancısı değiliz. Enerji denilince aklımıza ilk gelen “elektrik, ışık, benzin, doğal gaz, kömür, ateş, Güneş, pil belki de baraj ve rüzgâr”dır. Enerji, evrenin sahip olduğu en büyük zenginliktir. Bir iş yapabilmek için enerjiye ihtiyaç duyarız. Şehirlerimiz enerji sayesinde aydınlanır, trenler, arabalar, uçaklar ve roketler enerji sayesinde hareket eder. Evlerimizi ısıtmak, yemek pişirmek, radyoda müzik dinlemek, televizyonda görüntü oluşturmak için de enerji gereklidir. Bunların yanı sıra tarlaları süren traktörler ve fabrikalardaki makineler de enerji sayesinde iş görür

Güneş’ten gelen enerji gün boyunca etrafımızı aydınlatır ve ısıtırken bitkilerin büyümesini sağlar. Hayvanlar, ihtiyaç duydukları enerjiyi yedikleri besinlerde depolanmış olan enerjiden sağlar. Kısacası enerji olmadan hayat da olmaz. Bütün bu açıklamalardan sonra “enerji” deyince ne anlıyorsunuz? Bilim insanları enerjiyi “iş yapabilme yeteneği” olarak tanımlarlar. Enerji bir madde değil, bir cisme ait özelliktir. Örneğin, benzinin sahip olduğu enerji doğrudan kullanılmaz. Ancak motorda yandığında
enerjiye dönüşür. Peki, hangi enerji türlerini biliyoruz?

Kinetik Enerji

Bir varlığın kinetik enerjiye sahip olduğunu anlamak çok kolaydır. Eğer bir varlık, hareket ediyorsa kinetik enerjiye sahip demektir. Örneğin, hareket hâlinde olan bir kamyon, koşan bir köpek, hareketli dönme dolap, akan bir nehir ve rüzgâr kinetik enerjiye sahiptir.
Peki, “Bir varlığın süratinin artması, o varlığın kinetik enerjisini de artırır.” diyebilir miyiz? Bir varlığın sürati artıkça kinetik enerjisinin de arttığını biliyoruz. Peki, yandaki fotoğrafta görülen kamyon ve otomobil aynı süratle hareket ettiklerine göre kinetik enerjileri aynı mıdır?

*Bir cismin sürati arttıkça kinetik enerjisi de artar.

*Kinetik enerji cismin kütlesine ve süratine bağlıdır.

Aynı süratle hareket eden varlıklardan kütlesi büyük olanın kinetik enerjisi, kütlesi küçük olandan fazladır. Yandaki resimde görülen ve aynı süratle hareket eden kamyonun kütlesi otomobilden daha büyüktür. Öyleyse bu kamyonun kinetik enerjisi de aynı süratle hareket eden otomobile göre daha fazladır diyebilir miyiz?
 

Enerji, sadece hareketli varlıklarda mı söz konusudur? Bazı maddeler hareketli olmadıkları hâlde iş yapabilme yeteneğine sahiptir. Acaba bu maddeler iş yaparken hangi tür enerjiyi kullanır? Cisimlerin, konumlarından dolayı sahip oldukları bir çeşit enerji vardır. Bu enerjiye potansiyel enerji adı verilir.
Aşağıdaki resmi dikkatle inceleyelim. iki işçi, bir piyanoyu makara yardımıyla üçüncü kata çıkarıyorlar. işçiler, yedikleri gıdalardan sağladıkları enerji sayesinde bu piyanoyu kaldırabilirler. Yukarı kaldırıldığında piyanoda bir çeşit enerji depolanmış olur. Depolanan bu enerji çekim potansiyel enerjisi olarak adlandırılır. işçilerden biri makaranın ipini elinden bırakırsa diğer işçinin uyguladığı çekme kuvveti piyanoyu yukarıda tutmak için yeterli olmayabilir. Bu durumda piyano düşerek çekim potansiyel enerjisini kaybeder. Düşen piyano işçiyi yukarı çekerek bir iş yapmış olur. Acaba, çekim potansiyel enerjisini etkileyen değişkenler nelerdir?

Cisimlerin potansiyel enerjileri sadece onları yükseğe çıkardığımızda mı artar? Kurmalı bir oyuncağın da potansiyel enerjiye sahip olabileceğini biliyor muydunuz?
 

Bir cismi yukarı kaldırdığımızda cisme etkiyen yer çekimi kuvvetini (ağırlığı) yenmek için cisme kuvvet uygulamış ve bir iş yapmış oluruz. Yaptığımız bu iş kaldırdığımız cisimde çekim potansiyel enerjisi olarak depolanır. Bir cismin ağırlığı ve yerden yüksekliği arttıkça çekim potansiyel enerjisi de artar. Bu yüzden basketbol topunu daha yüksekten bıraktığımızda kum üzerinde daha derin bir iz bırakır. Kinetik ve potansiyel enerjinin birbirine dönüşebildiğini biliyor musunuz? Bir ipin ucuna cisim bağlayarak oluşturduğumuz basit bir sarkaçta bu durumu rahatlıkla gözlemleyebiliriz.

*Potansiyel enerji hem ağırlık hem de yükseklikle doğru orantılıdır. Potansiyel enerji=ağırlık X yüksekliktir.

Yukarıdaki fotoğrafta da görüldüğü gibi bazı kurmalı oyuncakların içinde bir yay bulunur. Bu yay kurularak oyuncağın hareket etme yeteneği kazanması sağlanır.
Yani yayda potansiyel enerji depolanır. Yay boşalırken oyuncak hareket eder. Böylece yaydaki potansiyel enerji kinetik enerjiye dönüşmüş olur. Yayların (ya da
daha genel olarak esnek cisimlerin) enerji depolama özelliğinden birçok alanda yararlanıldığını fark ettiniz mi?

Esneklik potansiyel enerjisi, lastiğin cinsine ve gerilme miktarına göre değişmektedir. Bu durum sadece lastik için değil bütün esnek maddeler için de geçerlidir.
 

*Esneklik potansiyel enerjisi sıkıştırma veya gerilme miktarına ve maddenin esneklik özelliğine bağlıdır.

*Her yayın esneklik potansiyel enerjisi farklıdır. Bu enerji yayın esnekliği , sertliği , yapıldığı maddenin cinsine ve yayın helozon sayısına bağlıdır.

*Esnekliğini kaybeden bir yay eski haline dönemez.

Yüksek atlama yapan bir sporcuyu düşünelim. Bu sporcu sırık ile koşarken kinetik enerji söz konusudur. Yüksek atlama sırasında sırık esner ve sporcunun kinetik enerjisi sırıkta, esneklik potansiyel enerjisine dönüşür. Sırık ile yükselen sporcu potansiyel enerji kazanır. Mindere düşerken ise bu sporcunun potansiyel enerjisi azalırken kinetik enerjisi artar. Kinetik enerji ile mindere çarpan sporcu minderin şeklini değiştirir hatta minderin bir miktar ısınmasını da sağlar. ilk aşamadan son aşamaya varıncaya kadar sporcunun sahip olduğu enerji türü değişmiş fakat toplam enerji miktarı aynı kalmıştır. Buna enerjinin korunumu denir. Enerjinin korunumuna göre enerji bir türden başka bir türe dönüşebilir ancak hiçbir zaman artmaz veya azalmaz.

işlerimizi yaparken kullandığımız birçok enerji türü vardır. Bunlar kimyasal enerji, kinetik enerji, potansiyel enerji, ısı enerjisi ve elektrik enerjisi şeklinde sıralanabilir. Kinetik ve potansiyel enerji, mekanik enerji olarak da adlandırılır. Yukarıda sıralanan enerji türleri çeşitli araçlar yardımıyla birbirine dönüştürülebilir. Enerjinin yok olmadan başka enerjilere dönüşmesi insan hayatında çok farklı amaçlara hizmet eder. Bu dönüşümler olmasaydı insanoğlu şu anda yapabildiği birçok şeyi yapamazdı. Örneğin, aydınlatma amacıyla kullandığımız ampul, aslında elektrik enerjisini ışık enerjisine dönüştürmektedir. Peki, ışık elde etmek için anahtarın düğmesine bastığımızda ampul sadece ışık mı üretmektedir? Elektrik enerjisi, farklı araç-gereçlerin yardımıyla diğer enerji türlerine dönüştürülebilir. Örneğin, serinlemek amacıyla kullandığımız vantilatörde hareket, radyoda ise ses enerjisine dönüştürülmektedir. Akü ve pillerde depolanan kimyasal enerji, kullanım aşamasında elektrik enerjisine dönüşür. Kömürde depolanan kimyasal enerji de yanma sırasında ısı enerjisine dönüşmektedir.

*Enerji vardan yok , yoktan var edilemez. Ancak farklı enerjilere dönüşerek korunur.