İŞ,GÜÇ,ENERJİ GİRİŞ Günlük hayatımızda sayısız iş tanımı yapılabilir ama fiziksel anlamda işin tanımı net ve tektir. Düz bir yolda saatlerce yürüyen bir insan,ya da masada oturup saatlerce ders çalışan bir ideal öğrenci mi iş yapmıştır? Yoksa bir basamak merdiven çıkan öğrenci mi iş yapmıştır? Düz bir yolda yürüyen adam ile çalışan öğrenci fiziksel anlamda iş yapmamıştır. Ancak bir basamak merdiven çıkan öğrenci fiziksel anlamda bir iş yapmıştır. O halde işi şöyle tanımlayabiliriz; İŞ Bir kuvvet, bir cisme uygulandığında, onu kendi doğrultusunda hareket ettiriyorsa, fen anlamında bu kuvvet iş yapmıştır. Bu işin tanımından da anlaşıldığı üzere fen anlamında işin yapılabilmesi için üç şartın gerçekleşmesi gerekir; 1)Bir cisme bir kuvvetin uygulanması gerekir yani bir kuvvet olmalıdır. 2) Bu kuvvet bu cisme yol aldırması gerekir. 3) Kuvvetle yolun aynı doğrultuda olması gerekir. Bu şartlardan biri ve ya birkaçı eksik olursa iş yapılmış sayılmaz. İş=Kuvvet . Yol W=F . S W:Yapılan iş F:Hareket doğrultusundaki kuvvetlerin bileşkesi (Net kuvvet) S:Net kuvvet doğrultusunda alınan yol Bu formülün geçerli olabilmesi için kuvvet ile yolun aynı doğrultuda yani birbirine paralel olması gerekir. Kuvvet yola paralel değilse,ya kuvvetin yol doğrultusundaki bileşeni alınarak ya da yolun kuvvet doğrultusundaki bileşeni alınarak kuvvetle yol aynı doğrultuya getirildikten sonra çarpma işlemi yapılır. İş Birimleri : İş=kuvvet . yol olduğundan iş birimleri de kuvvet birimleri ile yol (uzunluk) birimlerinin çarpımına eşittir. 1 Joule = 107 Erg 1 kg-kuv . m = 9,8 Joule = 10 Joule GÜÇ Birim zamanda yapılan işe güç denir. Güç=İş:Zaman P=W:t Fen bilimlerinde, yukarıdaki ifadeye göre az zaman da çok iş yapan adama güçlü adam denir Güç Birimleri: İş birimlerini zaman birimlerine bölmekle güç birimleri elde edilir. 1kilowatt = 1000 watt 1kgf . m/saniye= 9,8 watt 1 Buhar Beygiri (B.B)=736 watt ENERJİ Bir cismin ya da sistemin iş yapabilme kabiliyetine enerji denir. Değişik enerjiler vardır. Biz mekanik enerjiyi inceleyeceğiz. Mekanik enerji iki kısımdır; 1.Kinetik enerji (Hareket enerjisi) ve 2.Potansiyel enerji 1.Kinetik Enerji: Bir cismin hareketinden (hızından) dolayı sahip olduğu enerjidir. Ek=1/2.m.v2 Ek=Kinetik enerji (joule) m=Cismin kütlesi (kg) v=Cismin hızı (m/s) 2.Potansitel Enerji: Cisimlerin durumları nedeniyle sahip oldukları enerjidir. Gerilmiş ya da sıkıştırılmış yayın, yukarıya kaldırılmış cismin, barajda birikmiş suyun potansiyel enerjileri vardır. Bir yayı gererken ya da sıkıştırırken, bir taşı kaldırırken iş yaparız. Yay ve taş, yapılan bu iş kadar potansiyel enerji kazanır. Belirtilen bir yere göre G=m .g ağılığındaki bir cismin potansiyel enerjisi “Ep=k .m .g”dir. Cismi h yüksekliğinden aşağıya bırakırsak potansiyel enerji; kinetik enerjiye dönüşür. Burada h cismi hangi seviyeye göre potansiyel enerjisini yazıyorsak, cismin o seviyeye olan yüksekliği alınacaktır. Mesela masanın üzerinde duran bir cismin masaya göre h yüksekliği olmadığından potansiyel enerjisi sıfırdır. Fakat aynı cismin yere göre bir potansiyel enerjisi vardır. Enerjinin Korunumu: Hiçbir enerji kendi kendine var olmaz, kendi kendine de yok olmaz. Fakat bir türden başka bir tür enerjiye dönüşebilir. Bu dönüşüm sırasında toplam enerji daima sabittir. Toplam enerjinin sabit olması demek bir tür enerji azalırken başka tür enerjinin aynı miktarda artması demektir. Mesela belli bir yükseklikten yere doğru hızlanarak düşen bir cismin kinetik enerjisi artarken, aynı miktarda potansiyel enerjisi de azalmaktadır. Barajda birikerek potansiyel enerji kazanan su daha sonra yüksekten düşerek kinetik, sonra elektrik ve oradan da ısı ve ışık enerjisine dönüşmektedir. Not: Enerji birimleri iş birimlerinin aynısıdır. SORULAR 1) 80 kg’lık bir at arabasına 5m yol aldırmakla yapılan iş kaç joule dür?(Sürtünme yok.) A)250 B)750 C)1250 D)400 Çözüm : Araba F2 yönünde ve 50N’luk bir kuvvet etkisinde hareket edeceğinden; W=F . S W=50 . 5=250 joule dür. Cevap : A 2)10 m derinliğindeki bir kuyudan 900 kg suyu 0,5 dakikada çekebilen motorun gücü kaç B.B dir? A)2 B)3 C)4 D)5 Çözüm : Güç= İş/Zaman W= 900 . 10 = 9000 km-g t = 0,5 . 60 = 30 s P= 9000:30 = 300 kg-m/s 75 kg-m/s = 1 BB ise 300 kg-m/s = 4 BB‘dir. Cevap : C 3)Bir adam yüksekliği 50 m olan bir dama her biri 10N ağırlığında 20 tuğla çıkarıyor. Başka bir adam aynı yüksekliğe 15 tuğla çıkarıyor. Birinci adam, ikinci adamdan kaç joule fazla iş yapmıştır? A)2500 B)4500 C)7500 D)10000 Çözüm : İş = kuvvet x yol W = F . x dir. Birinci adamın bir tuğla için yaptığı iş; 10 . 50 = 500 joule, 20 tuğla çıkardığından W = 20 . 500 = 10000 joule Çözüm : Asansör %60 verimle çalıştığına göre gücü ; P=3600.(60 : 100)=2160watt’tır. P =W/t = (G . h)/t 2160=(G.20) : 10 2160=2 .G G=1080N ’dur Cevap : B 4)Aşağıdakilerden hangisi 1 watt’ a eşit değildir? A)1 kg-f-m/s:9,81 B)1BB/736 C)1 joule/s D)1 kg-f-m . 9.81 Çözüm : 1watt= 1 joule/s ‘dir. 1 joule= 1/9,81 kg-f-m olduğuna göre, 1 kg-f-m/9,81 de 1 watt’ a eşittir. Ayrıca;1BB=786 watt 1watt=1/786BB ‘dir. O halde, 1kg-f-m . 9.81, 1 watt’ a eşit değildir. Cevap : D 5)Kütlesi 20 kg olan bir cisim 10m/s hızla hareket ederken kinetik enerjisi kaç joule‘ dür? A)250 B)500 C)750 D)1000 Çözüm : Ek=1/2.m.v2 Ek=1/2.20.102=1000joule. Cevap : D 6)5 m yükseklikte bulunan 50 kg kütleli bir taşın yere göre potansiyel enerjisi kaç joule’ dür?(g=10m/s2) A)250 B)1250 C)2500 D)5000 Çözüm : Ep =m .g .h Ep=10.50.5=2500joule. Cevap : C
