12. Sınıf Fizik · 2. Ünite: Enerji
Mekanik Sistemlerde Verim
Bir vinç yükü yukarı çıkarırken harcadığı enerjinin tamamı yükün yüksekliğine gitmez; bir kısmı sürtünme ve ısınma ile kaybolur. Mühendisler bu yüzden bir sistemin "ne kadar iyi" çalıştığını verim ile ölçer. Bu konuda sisteme verilen enerji ve sistemden alınan enerjiyi belirleyecek, aralarındaki ilişkiyi eğik düzlem, makara ve motor gibi mekanik sistemlerde verilerle bulacak ve verim hesaplarını genelleyerek kullanacaksın.
Kazanımlar
- FİZ.12.2.6. Mekanik sistemlerde sisteme verilen enerjiyi ve sistemden alınan (yararlı) enerjiyi belirlemek (a).
- FİZ.12.2.6. Verimi $\eta = E_{alınan}/E_{verilen}$ bağıntısıyla yüzde olarak hesaplamak; kayıp enerjiyi $E_{verilen} - E_{alınan}$ ile bulmak (b).
- FİZ.12.2.6. Alınan enerji–verilen enerji grafiğinin eğiminin verimi verdiğini ve verimin %100'den büyük olamayacağını yorumlamak (b).
- FİZ.12.2.6. Eğik düzlem ve hareketli makara gibi sistemlerde verimi hesaplamak; sürtünme ve makara kütlesi gibi değişkenlerin verime etkisini veriyle genellemek (c).
- FİZ.12.2.6. Aynı işi yapan sistemleri verime göre karşılaştırarak enerji tasarrufunu hesaplamak (c).
Konu anlatımı
Gözlem: verilen enerji neden alınanın tamamı değil?
Verim: matematiksel model
Eğik düzlemde verim
Hareketli makara ve motorlu vinç
Çözümlü örnekler
Sık yapılan hatalar ve kavram yanılgıları
Anahtar terimler
- Verim (η)
- Sistemden alınan enerjinin sisteme verilen enerjiye oranı; yüzde ile gösterilir ve en fazla %100'dür.
- Sisteme verilen enerji
- Sistemi çalıştırmak için aktarılan enerji (F·x, P·t gibi).
- Sistemden alınan enerji
- Sistemin amacı doğrultusunda elde edilen yararlı enerji; yükü kaldırmada mgh.
- Kayıp enerji
- Sürtünme ve ısınma gibi nedenlerle yararlı işe dönüşmeyen, ısı olarak dağılan enerji.
- Eğik düzlem
- Yükü daha küçük kuvvetle ama daha uzun yolda yükselten basit makine; iş kazancı sağlamaz.
- Hareketli makara
- Yükle birlikte hareket eden makara; kuvveti yarıya indirir, çekilen yolu iki katına çıkarır.
- Enerji tasarrufu
- Aynı yararlı iş için daha az enerji harcanması; verimi yüksek sistemde kayıp azalır.
Örnek soru
Bir mekanik sistemin verimi aşağıdakilerden hangisiyle hesaplanır?
- Sisteme verilen enerjinin sistemden alınan enerjiye oranıyla
- Sistemden alınan enerji ile kayıp enerjinin toplamıyla
- Sistemden alınan enerjinin sisteme verilen enerjiye oranıyla
- Sistemden alınan enerjinin kayıp enerjiye oranıyla
- Sisteme verilen enerji ile sistemden alınan enerjinin farkıyla
Doğru cevap: C
Çözüm
Verim, sisteme verilen enerjinin ne kadarının yararlı enerjiye dönüştüğünü gösterir:
$$\eta = \frac{E_{alınan}}{E_{verilen}}$$
1. Alınan enerji verilen enerjiden büyük olamayacağından verim 1'i (%100) aşmaz.
2. Oran ters alınırsa (A seçeneği) verim 1'den büyük çıkar; bu mümkün değildir.
3. Fark, verimi değil kayıp enerjiyi verir (E seçeneği).
Doğru cevap C. B ve D seçeneklerinde kayıp enerji kullanılmıştır; verimin tanımında yoktur.