Fizik I · 10. Ünite: Dönme Hareketi

Dönme Kinetik Enerjisi

Bir volan, bir türbin ya da dönen bir gezegen, kütle merkezi yerinde dursa bile büyük miktarda kinetik enerji depolar. Bu konuda dönen katı cismin enerjisini $K_{rot}=\tfrac12I\omega^2$ olarak türetir, torkun yaptığı işi $W=\int\tau\,d\theta$ ile tanımlar ve iş-enerji teoremini dönme hareketine genişletirsiniz. Sonunda enerji korunumunu, öteleme ve dönmenin birlikte bulunduğu makara, menteşeli çubuk ve volan problemlerinde kullanabilir; güç ve enerji depolama uygulamalarını nicel olarak değerlendirebilirsiniz.

Öğrenme hedefleri

Konu anlatımı

  1. Bağlam: Dönen Cisimlerde Enerji Nerede Saklıdır?

  2. Dönme Kinetik Enerjisinin Türetilmesi

  3. Dönmede İş, Güç ve İş-Enerji Teoremi

  4. Çözümlü Örnekler

  5. Grafik ve Tablo Yorumu

  6. Sınır Durumları ve Birim Analizi

  7. Sık Yapılan Hatalar ve Kavram Yanılgıları

  8. Özet ve Bağlantılar

Anahtar terimler

Dönme kinetik enerjisi (rotational kinetic energy)
Dönen katı cismin parçacık enerjilerinin toplamı: $K=\tfrac12I\omega^2$.
Dönmede iş (work in rotation)
Torkun açısal yer değiştirmeyle yaptığı iş: $W=\int\tau\,d\theta$.
Güç (power)
Torkun açısal hızla çarpımı: $P=\tau\omega$, birimi watt.
İş-enerji teoremi
Net dış torkun yaptığı iş, dönme kinetik enerjisindeki değişime eşittir.
Volan (flywheel)
Büyük $I$'ya sahip, enerjiyi dönme biçiminde depolayan ve hız dalgalanmalarını düzelten dönen kütle.
König teoremi
Toplam kinetik enerji = KM'nin öteleme enerjisi + KM etrafındaki dönme enerjisi.
Dönme yarıçapı (radius of gyration)
$I=Mk^2$ olacak şekilde tanımlanan eşdeğer uzaklık.

Örnek soru

Kütlesi $2\,\text{kg}$, yarıçapı $0.30\,\text{m}$ olan dolu bir disk, merkezinden geçen dik eksen etrafında $40\,\text{rad/s}$ açısal hızla dönmektedir. Dönme kinetik enerjisi kaç joule'dür?

  1. 36
  2. 144
  3. 18
  4. 72
  5. 288

Doğru cevap: D

Çözüm

1. $I=\tfrac12MR^2=\tfrac12(2)(0.09)=0.09\,\text{kg}\cdot\text{m}^2$.
2. $K=\tfrac12I\omega^2=\tfrac12(0.09)(40)^2=$ 72 J.
Çeldiriciler: $144$ $\tfrac12$ çarpanını unutmaktır; $36$ diski $\tfrac14MR^2$ ile hesaplamaktır; $18$ $\omega$'yı $20\,\text{rad/s}$ almaktır; $288$ ise hem $\tfrac12$'yi unutup hem $I=MR^2$ almaktır.

Fizik I: tüm konular