İş, Enerji ve Güç İlişkisi

30.11.2021
İş, Enerji ve Güç İlişkisi

Günlük hayatta “” kelimesine yüklenen anlam ile fizikte kullanılan “” kavramı aynı değildir. Meslekler ya da bir efor için iş kelimesi kullanılmaktadır. Örneğin bir işçinin bir yükü ücret karşılığında, yatay yolda yerden sabit yükseklikte ve sabit hızla taşıması günlük hayatta iş olarak değerlendirilse bile fizik biliminde iş kabul edilmez.

Kuvvet, bir cismin yerini uygulandığı doğrultuda değiştirirse iş yapmış olur. Cismin içinde olduğu düzeneğin izin verdiği harekete göre kuvvetin yaptığı iş farklı sonuçlara neden olabilir. Örneğin cismin hızının ya da yüksekliğinin değişmesi, bir esnek cisme kuvvetin uygulanmasıyla boyunun kısalması ya da uzaması bu sonuçlardan bazılarıdır.

Yatay düzlemde hızlanan cismin öteleme kinetik enerjisi artar. Sabit hızla yükselen cismin yer çekim potansiyel enerjisi artar. Uygulanan kuvvet etkisiyle uzunluğu değişen esnek cisimlerin esneklik sınırları aşılmamak koşuluyla esneklik potansiyel enerjisi artar.

Kalkış esnasındaki yarış otomobili
Kalkış esnasındaki yarış otomobili
Kaldırıcı (lift) yardımıyla yükseltilmiş otomobil
Kaldırıcı (lift) yardımıyla yükseltilmiş otomobil
Yay geren geleneksel Türk okçusu
Yay geren geleneksel Türk okçusu

Yatay düzlemdeki cisme uygulanan hareketle aynı yöndeki itme kuvveti cismi hızlandırırken hareketle zıt yöndeki sürtünme kuvveti yavaşlatır. Bu kuvvetlerin doğrultusu hareket doğrultusunda olduğundan her ikisi de iş yapmış olur. Ancak cisim yatay yolda giderken ağırlık kuvveti hareket doğrultusuna dik olduğundan iş yapmamış olur.

Cisme etki eden kuvvetlerin iş yapma durumları
Cisme etki eden kuvvetlerin iş yapma durumları

Cisim, düşey doğrultuda hareket ediyor olsaydı cismin ağırlığı iş yapmış olurdu. Örneğin çatılarda biriken kar kütlesi; bir kuvvet uygulanmadığı hâlde kendiliğinden kayarak harekete geçer.

İş, uygulanan kuvvet ile yer değiştirmenin çarpımıdır aynı zamanda mekanik iş olarak tanımlanır. Mekanik iş skaler bir nicelik olup “W” ile gösterilir. F kuvveti etkisinde yapılan yer değiştirme ΔX ise yapılan iş; Mekanik iş formülüyle hesaplanır. İş birimi Joule’dür (Jul).

Kuvvet-yer değiştirme (F-X) grafiği ile yatay eksen arasında kalan alan işin büyüklüğü kadardır.

F-X grafiği
F-X grafiği

Sürtünmeli bir yüzey üzerinde F kuvvetinin etkisinde sağa doğru hızlanmakta olan m kütleli cisme, zemin tarafından fs kuvveti uygulanmaktadır.

Cisme uygulanan F ve fs kuvvetleri
Cisme uygulanan F ve fs kuvvetleri

Cisim hareket yönün de yerdeğiştirirken F kuvveti pozitif, fs kuvveti negatif iş yapar. Kuvvetler F-X grafiği üzerinde gösterilirse

Kuvvet-yol grafiği
Kuvvet-yol grafiği

Net kuvvetin yaptığı işe de net iş denir (Wnet) net işBu durumda yatay doğrultudaki m kütleli cisim için net kuvvet pozitif olduğundan cisim hareket yönüne doğru ivmeli hareket yapar. Net iş, cismin öteleme kinetik enerjisi kazanmasını sağlarken sürtünme kuvvetinin yaptığı iş de ısı enerjisine dönüşür.

Hareket yönüne doğru uygulanan kuvvet sürtünme kuvvetinden büyük olduğunda, Fnet > 0 ise Wnet > 0 olur.

Hareket yönüne doğru uygulanan kuvvet sürtünme kuvveti ile eşit büyüklükte olduğunda, Fnet , F ile fs‘nin farkı ile bulunduğundan Fnet = 0 olur.

net iş sıfır , Wnet = 0 yani kuvvet ve yer değiştirme olmasına rağmen net iş sıfır olur.

Güç: İş kavramında olduğu gibi günlük hayatta “güç” kelimesine yüklenen anlam, fizikte kullanılan “güç” kavramıyla aynı değildir.

Birim zamanda yapılan işe ya da üretilen-tüketilen enerjiye güç denir. Bir başka ifadeyle güç bir işin tamamlanması için gerekli olan enerjinin hangi hızda harcandığını gösterir. Mekanik güç, mekanik iş hızını karakterize eden fiziksel bir niceliktir. Mekanik güç, P ile gösterilir, matematiksel modeli: Mekanik güç formülü dir. Formulde kullanılan niceliklerin birimleri şöyledir: W: J t: s Formulde kullanılan niceliklerin birimleri

Bknz: Basit Makinelerde İş, Güç, Enerji

Kaynak : Fen Lisesi Fizik 9. Sınıf Ders Kitabı

Emeği Geçenler

  • Abdullah AYDIN
  • Ayşegül ÇELİK
  • İsa YILMAZ
  • Kamil SOYARSLAN
  • Murat ERAT
  • Şeyda BOZARSLAN
YAZAR BİLGİSİ
Hayatını internete adamış biri olarak, hedefim bilgiyi ulaşılabilir hale getirmektir. Bu amaca istinaden her türlü bilgi paylaşımını KonuAnlatimi.Net üzerinde yapıyorum. Umarım içeriklerim tüm ziyaretçilerim için faydalı olur.
YORUMLAR

Henüz yorum yapılmamış. İlk yorumu yukarıdaki form aracılığıyla siz yapabilirsiniz.