İş - Güç - Enerji

Enerji

Bir cismin veya bir sistemin iş yapabilme kapasitesine enerji denir. Enerjinin birden fazla türü vardır. Enerji bir türden başka birine dönüşebilir. Kinetik enerji, potansiyel enerji, elektrik enerjisi enerji türlerine örnektir. 

Potansiyel Enerji: E_p

Yerden h kadar yüksekte bulunan bir cismin yere göre potansiyel enerjisi E_p = m.g.h tır. Bu formülde m kütle, g yerçekimi ivmesi h ise yüksekliktir. Bu formüle m.g aynı zamanda ağırlık demektir. Yani ağırlık yükseklikle çarptığınızda potansiyel enerjiyi elde edersiniz. Ağırlık newton, yükseklik metre ise potansiyel enerji joule cinsinden değer alır. 

Kinetik Enerji: E_k

Hareket eden cisimlerin sahip olduğu enerji türüne denir. Ek = m.V²/2 bağıntısıyla bulunur. Formülde hız kareli olduğu için hız arttıkça kinetik enerji parabolik bir şekilde artar. Duran bir cismin kinetik enerjisi yoktur.

Cisim sürtünmeli yüzeyde veya sürtünmeli hava ortamında x kadar yol alırsa, enerjisi F_s.x kadar azalır. Burada F_s sürtünme kuvveti, x ise alınan yoldur. 

Bir yay x kadar uzatılır ya da x kadar sıkıştırılırsa yayda bir potansiyel enerji birikir. Kuvvetin cisim üzerinde harcadığı enerji yayda depo edilmiş olur. Bu enerji E_yay = k.x²/2 formülüyle bulunur. Burada k yay sabiti, x sıkıştırma veya uzatılma miktarıdır. Yine kuvvet newton, sıkıştırma miktarı metre cinsinden alınırsa enerji joule cinsinden olur. 

Belirli bir yükseklikte duran bir cismin potansiyel enerjisi vardır fakat kinetik enerjisi yoktur. Cismi yukarıdan aşağıya doğru bırakırsak aşağı inene kadar potansiyel enerjisi sürekli düşer ve yere çarptığı anda potansiyel enerjisi sıfır olur. Aynı süre içerisinde yere düşerken hızlanan bir hareket yapar. Bu nedenle kinetik enerjisi oluşmaya başlar. Cisim durgunken sıfır olan kinetik enerji yere çarpma anına kadar sürekli artar ve çarpa anında maksimuma erişir. 

Elektronvolt (eV)

Elektron, foton, proton gibi küçük parçacıkların enerjisi bu birimle ifade edilir. Bir elementer yüke sahip bir parçacığın 1 voltluk potansiyel farkında kazandığı ya da kaybettiği enerji miktarıdır. 1 eV = 1,6.10^-19 dur. Bu enerji birimini de fiziğin daha sonraki konularında kullanacağımız için bilinmesinde yarar vardır. 

İş : W

Bir F kuvveti bir cisme x yolu boyunca etkimiş ise, yaptığı iş W = F.x olur. Kuvvet Newton, yol da metre cinsinden alınırsa işin birimi joule dür. Kuvvetin yaptığı iş cisme potansiyel ya da kinetik enerji olarak geçer. 

Cismin ağırlı veya cisme etki eden yerçekimi kuvveti düşey aşağı doğrudur. Bir cisim yukarı doğru hareket ettirilirse, yerçekimi kuvvetine karşı iş yapılmış olur. Yerçekimi kuvvetine karşı yapılan iş cismin kazandığı potansiyel enerjiye eşit olur. Yani W = ΔE_p olur. Etki eden kuvvet cismi yatayda hareket ettiriyorsa W = ΔE_k olur. Çünkü cisim hız kazanmış olur ve hız kazanmış cisimlerin kinetik enerjisi vardır. Eğer cisme uygulanan kuvvet cisme hem hız hem de yükseklik katıyorsa o zaman yapılan işin bir kısmı potansiyel enerjiye, bir kısmı da kinetik enerjiye dönüşmüş demektir. 

Bu durumu grafik üzerinde açıklayalım. Kuvvet doğrusu ile yol ekseni arasında kalan alan yapılan işi veya kinetik enerji dönüşümünü verir. Kuvvetin büyüklüğü sabit veya değişken olabilir. Kuvvetin yönü de pozitif veya negatif olabilir. Pozitif yöndeki kuvvet enerjiyi arttırır. Negatif yönde uygulanan kuvvet ise enerjiyi azaltır. 

Güç : P

Birim zamanda yapılan işe ya da harcanan enerjiye güç denir. Yani işi veya enerjiyi zamana bölerseniz gücü elde edersiniz. İşin birimi joule, zamanın birimi saniye ise gücün birimi watt olur. 20 joule işi 5 saniyede yapan bir insanın gücü 20/5=4 watttır. 

Verim

Bir makinenin veya bir sistemin verimi üretilen enerjinin tüketilen enerjiye oranıdır. Bir lamba 100 joule elektrik enerjisi harcayıp 50 joule ışık enerjisi üretiyorsa bu lamba % 50 verimle çalışıyordur manasına gelir.