İş, Güç ve Enerji Ders Notu

İş, Güç ve Enerji Ders Notu

İş, güç ve enerji konusu TYT Fizik’te temel hesaplama ve yorum sorularının birlikte geldiği konulardan biridir.

1. Fiziksel İş

Bir cisme uygulanan kuvvet, cismin kuvvet doğrultusunda yer değiştirmesine neden oluyorsa fiziksel anlamda iş yapılır.

W = F × x

W = İş F = Kuvvet x = Yer değiştirme

İşin birimi joule’dür.

1 J = 1 N × 1 m

İş yapılabilmesi için:

• Kuvvet uygulanmalı.
• Cisim yer değiştirmeli.
• Kuvvetin yer değiştirme doğrultusunda bileşeni bulunmalı.

Örnek: 10 N kuvvet uygulanan cisim 3 m hareket ederse:

W = 10 × 3

W = 30 J

1. İşin İşareti

Kuvvet hareket yönündeyse: İş pozitiftir.

Kuvvet hareket yönüne zıtsa: İş negatiftir.

Kuvvet yer değiştirmeye dikse: İş sıfırdır.

Önemli: Duvarı iten kişi yorulabilir ancak duvar hareket etmiyorsa fiziksel anlamda iş yapılmaz.

Elinde çantayla yatay yürüyen kişinin çantaya uyguladığı kuvvet yukarı, yer değiştirme yatay olduğundan bu kuvvetin yaptığı iş sıfırdır.

1. Enerji

Enerji, bir sistemin iş yapabilme yeteneğidir.

Enerjinin birimi joule’dür.

Başlıca enerji türleri:

• Kinetik enerji
• Potansiyel enerji
• Isı enerjisi
• Elektrik enerjisi
• Kimyasal enerji

Enerji bir türden başka bir türe dönüşebilir.

1. Kinetik Enerji

Hareket eden cisimlerin sahip olduğu enerjiye kinetik enerji denir.

Ek = 1/2 × m × v²

m = Kütle v = Sürat

Kinetik enerji:

• Kütleyle doğru orantılıdır.
• Süratin karesiyle doğru orantılıdır.

Sürat 2 katına çıkarsa kinetik enerji 4 katına çıkar.

Sürat 3 katına çıkarsa kinetik enerji 9 katına çıkar.

Örnek: 2 kg kütleli cisim 4 m/s süratle hareket ediyorsa:

Ek = 1/2 × 2 × 4²

Ek = 16 J

1. Yer Çekimi Potansiyel Enerjisi

Bir cismin yüksekliği nedeniyle sahip olduğu enerjiye yer çekimi potansiyel enerjisi denir.

Ep = m × g × h

m = Kütle g = Yer çekimi ivmesi h = Referans seviyesine göre yükseklik

Potansiyel enerji:

• Kütle arttıkça artar.
• Yükseklik arttıkça artar.
• Referans seviyesine bağlıdır.

Örnek: 2 kg kütleli bir cisim 5 m yükseklikte ve g = 10 m/s² ise:

Ep = 2 × 10 × 5

Ep = 100 J

1. Esneklik Potansiyel Enerjisi

Yay gibi esnek cisimler sıkıştırıldığında veya gerildiğinde enerji depolar.

Bu enerjiye esneklik potansiyel enerjisi denir.

Yay daha fazla sıkıştırılır veya gerilirse depoladığı enerji artar.

1. Mekanik Enerji

Kinetik enerji ile potansiyel enerjinin toplamına mekanik enerji denir.

Em = Ek + Ep

Sürtünmesiz sistemlerde mekanik enerji korunur.

Bu durumda:

Başlangıç mekanik enerjisi = Son mekanik enerji

Ek₁ + Ep₁ = Ek₂ + Ep₂

1. Enerji Dönüşümü

Enerji yoktan var edilemez ve yok edilemez.

Yalnızca bir türden başka bir türe dönüşür.

Yüksekten düşen cisimde:

Potansiyel enerji azalır.

Kinetik enerji artar.

Yukarı atılan cisimde:

Kinetik enerji azalır.

Potansiyel enerji artar.

Sürtünme yoksa toplam mekanik enerji değişmez.

1. Sürtünmenin Enerjiye Etkisi

Sürtünmeli sistemlerde mekanik enerjinin bir kısmı ısı gibi başka enerji türlerine dönüşebilir.

Bu nedenle mekanik enerji azalabilir.

Ancak toplam enerji korunur.

Önemli: Mekanik enerjinin azalması enerjinin yok olduğu anlamına gelmez.

1. İş-Enerji İlişkisi

Bir cisme etki eden net kuvvetin yaptığı iş, cismin kinetik enerjisindeki değişime eşittir.

Wnet = ΔEk

Wnet = Ek,son - Ek,ilk

Net iş pozitifse: Kinetik enerji artar.

Net iş negatifse: Kinetik enerji azalır.

Net iş sıfırsa: Kinetik enerji değişmez.

Örnek: Cismin kinetik enerjisi 20 J’den 50 J’ye çıkarsa:

Wnet = 50 - 20

Wnet = 30 J

1. Güç

Birim zamanda yapılan işe güç denir.

P = W / t

P = Güç W = İş t = Zaman

Gücün birimi watt’tır.

1 W = 1 J/s

Örnek: 120 J işi 6 saniyede yapan sistemin gücü:

P = 120 / 6

P = 20 W

1. İş ve Güç Arasındaki Fark

İş, aktarılan enerji miktarını ifade eder.

Güç ise işin ne kadar sürede yapıldığını gösterir.

Aynı işi daha kısa sürede yapan sistemin gücü daha büyüktür.

Örnek: İki kişi aynı yükü aynı yüksekliğe çıkarıyorsa yaptıkları iş aynıdır.

Daha kısa sürede çıkaran kişinin gücü daha büyüktür.

1. Verim

Bir sistemin aldığı enerjinin ne kadarını faydalı enerjiye dönüştürdüğünü gösterir.

Verim (%) = Faydalı enerji / Alınan enerji × 100

Güç üzerinden de:

Verim (%) = Faydalı güç / Alınan güç × 100

Gerçek sistemlerde verim genellikle %100’den küçüktür.

Örnek: 200 J enerji alan bir makine 150 J faydalı enerji veriyorsa:

Verim = 150 / 200 × 100

Verim = %75

1. Enerji Dönüşümlerine Örnekler

Baraj: Potansiyel enerji → Kinetik enerji → Elektrik enerjisi

Ampul: Elektrik enerjisi → Işık + Isı enerjisi

Otomobil: Kimyasal enerji → Kinetik + Isı enerjisi

Düşen cisim: Potansiyel enerji → Kinetik enerji

Yukarı atılan cisim: Kinetik enerji → Potansiyel enerji

Sınavda Dikkat Edilecek Noktalar

• Kuvvet uygulanması tek başına iş yapıldığı anlamına gelmez.
• Yer değiştirme yoksa iş sıfırdır.
• Kuvvet yer değiştirmeye dikse iş sıfırdır.
• Kinetik enerji süratin karesiyle orantılıdır.
• Potansiyel enerji seçilen referans seviyesine bağlıdır.
• Sürtünmesiz sistemlerde mekanik enerji korunur.
• Sürtünmeli sistemlerde mekanik enerji azalabilir.
• Toplam enerji her zaman korunur.
• Net iş kinetik enerji değişimine eşittir.
• Güç, yapılan işin yapılma hızını gösterir.
• Aynı işi daha kısa sürede yapan sistem daha güçlüdür.
• Verim genellikle %100’den küçüktür.

Kısa Özet

• W = F × x
• İşin birimi joule’dür.
• Ek = 1/2 × m × v²
• Ep = m × g × h
• Em = Ek + Ep
• Sürtünmesiz sistemde mekanik enerji korunur.
• Wnet = ΔEk
• P = W / t
• Gücün birimi watt’tır.
• Verim = Faydalı enerji / Alınan enerji × 100
• Enerji yok olmaz, yalnızca dönüşür.