10. Sınıf Fizik · 2. Ünite: Enerji
İş, Enerji ve Güç
Bir sandığı itmek, bir yükü yukarı kaldırmak ya da bir lambayı yakmak günlük dilde "iş yapmak" ve "enerji harcamak" demektir; fizikte ise bu sözcüklerin kesin tanımları vardır. Bu konuda kuvvet–yer değiştirme grafiğinin altında kalan alanın iş verdiğini keşfedecek, işi enerji aktarımı olarak yorumlayacak ve işin ne kadar hızlı yapıldığını gösteren gücü cihaz etiketlerindeki değerlerle hesaplayacaksın.
Kazanımlar
- FİZ.10.2.1. Kuvvet–yer değiştirme grafiğinin altında kalan alanın iş olduğunu sabit ve değişen kuvvet örneklerinde modelleyerek $W = F \cdot x$ ilişkisini genellemek.
- FİZ.10.2.1. Dikdörtgen, üçgen ve yamuk biçimli grafiklerde işi alan hesabıyla bulmak; eksenin altında kalan alanın negatif iş olduğunu yorumlamak.
- FİZ.10.2.2. İş ile enerji arasındaki ilişkiyi ($W = \Delta E$) açıklamak; pozitif, negatif ve sıfır iş durumlarını örneklerle ayırt etmek.
- FİZ.10.2.2. Güç ile iş arasındaki ilişkiyi ($P = W/t$) matematiksel modele dönüştürmek; aynı işin farklı sürelerde yapılması durumunda gücü karşılaştırmak.
- FİZ.10.2.2. Cihaz etiketlerindeki güç değerinden ($E = P \cdot t$) harcanan enerjiyi joule ve kilovatsaat cinsinden hesaplamak.
Konu anlatımı
Günlük dilden fizik diline
Sabit kuvvetin işi
Kuvvet–yer değiştirme grafiği ve alan
İş ve enerji ilişkisi
Güç ve cihaz etiketleri
Grafik ve veri yorumu
Sık yapılan hatalar ve kavram yanılgıları
Anahtar terimler
- İş
- Bir kuvvetin cismi kendi doğrultusunda yer değiştirmesi sırasında yaptığı enerji aktarımı; W = F·x, birimi joule (J).
- Joule (J)
- İş ve enerjinin SI birimi; 1 J = 1 N·m.
- Kuvvet–yer değiştirme grafiği
- Kuvvetin yer değiştirmeye göre çizildiği grafik; altında kalan işaretli alan kuvvetin yaptığı işi verir.
- Pozitif iş
- Kuvvet yer değiştirmeyle aynı yöndeyken yapılan iş; cisme enerji aktarır.
- Negatif iş
- Kuvvet yer değiştirmeye zıt yöndeyken yapılan iş; cisimden enerji alır (örn. sürtünme).
- Enerji
- İş yapabilme yeteneği; bir sistemin enerjisi yapılan iş kadar değişir (W = ΔE).
- Güç
- İşin yapılma hızı (enerji aktarım hızı); P = W/t, birimi watt (W).
- Watt (W)
- Güç birimi; 1 W = 1 J/s.
- Kilovatsaat (kWh)
- Elektrik enerjisi birimi; 1 kW gücün 1 saat boyunca harcadığı enerji, 1 kWh = 3,6·10⁶ J.
- Güç etiketi
- Elektrikli cihazın saniyede harcadığı enerjiyi (watt) gösteren değer; E = P·t ile harcanan enerji bulunur.
Örnek soru
Aşağıdaki durumlardan hangisinde fiziksel anlamda iş yapılır?
- Duvarı var gücüyle iten ama duvarı yerinden oynatamayan öğrenci
- Düz ve yatay yolda sırtında çantayla sabit hızla yürüyen öğrenci
- Sürtünmesiz buz yüzeyinde sabit hızla kayan disk
- Sandığı yerden alıp rafa kaldıran işçi
- Masanın üzerinde duran kitap
Doğru cevap: D
Çözüm
Fizikte iş için kuvvetin yanında, kuvvet doğrultusunda bir yer değiştirme de gerekir.
1. Duvarı iten öğrencide yer değiştirme $x = 0$ olduğundan $W = F \cdot 0 = 0$ dır.
2. Çantayı taşıyan öğrencinin uyguladığı kuvvet yukarı, yer değiştirme yataydır; kuvvet yer değiştirmeye dik olduğundan iş sıfırdır.
3. Sabit hızla kayan diskte (sürtünme yok) yatay kuvvet yoktur, bu yüzden iş yoktur. Masadaki kitapta ise yer değiştirme yoktur.
4. Sandığı rafa kaldıran işçi, kuvvetini yukarı uygular ve sandık da yukarı yer değiştirir: iş yapılır (D).
Yorgunluk iş yapıldığının ölçütü değildir; duvarı iten öğrenci yorulur ama iş yapmaz.