Fizik I · 8. Ünite: Enerjinin Korunumu

Korunumlu ve Korunumsuz Kuvvetler

Bir kuvvetin yaptığı işin cismin izlediği yola bağlı olup olmadığı, mekanikte enerji yaklaşımının en temel ayrımıdır. Yola bağlı olmayan (korunumlu) kuvvetler için potansiyel enerji tanımlanabilir ve mekanik enerji korunur; yola bağlı olan (korunumsuz) kuvvetler ise enerjiyi iç enerjiye ve ısıya aktarır. Bu konunun sonunda bir kuvvetin korunumlu olup olmadığını üç farklı ölçütle sınayabilecek, yerçekimi ve yay kuvvetinin işini hesaplayabilecek ve kuvvetten potansiyel enerjiye geçişi yapabileceksiniz.

Öğrenme hedefleri

Konu anlatımı

  1. Bağlam: İş Yola Bağlı mı?

  2. Tanımlar ve Eşdeğer Ölçütler

  3. Türetme: Yerçekimi, Yay ve Sürtünmenin İşi

  4. Çözümlü Örnekler

  5. Korunumluluk Sınaması ve Grafik Yorumu

  6. Sık Yapılan Hatalar ve Kavram Yanılgıları

  7. Özet ve Bağlantılar

Anahtar terimler

Korunumlu kuvvet (conservative force)
Yaptığı iş yoldan bağımsız olan, kapalı çevrimde net işi sıfır olan ve potansiyel enerjisi tanımlanabilen kuvvet.
Korunumsuz kuvvet (non-conservative force)
Yaptığı iş izlenen yola bağlı olan kuvvet; ör. kinetik sürtünme.
Çizgisel tümlev (line integral)
Bir kuvvetin bir yol boyunca işini veren $\int \vec F\cdot d\vec r$ ifadesi.
Kapalı çevrim
Başlangıç ve bitiş noktası aynı olan yol; korunumlu kuvvetin bu yoldaki net işi sıfırdır.
Potansiyel enerji fonksiyonu
Korunumlu kuvvet için $W=-\Delta U$ koşulunu sağlayan konum fonksiyonu $U$.
Gradyan (gradient)
$\vec F=-\nabla U$ bağıntısında potansiyelden kuvveti veren konuma göre türev operatörü.
Hooke yayı
Kuvveti $F=-kx$ olan ideal yay; korunumludur ve $U=\tfrac12kx^2$ verir.
Kinetik sürtünme
Hareketin tersine yönelen, büyüklüğü $\mu_kN$ olan korunumsuz kuvvet.

Örnek soru

Bir kuvvetin korunumlu olması için aşağıdakilerden hangisi gerek ve yeter koşullardan biridir?

  1. Kuvvetin büyüklüğünün konumdan bağımsız olması
  2. Cismin başladığı noktaya dönen her kapalı yolda kuvvetin yaptığı net işin sıfır olması
  3. Kuvvetin her zaman hız vektörüne dik olması
  4. Kuvvetin zamanla değişmemesi
  5. Kuvvetin her zaman pozitif iş yapması

Doğru cevap: B

Çözüm

1. Korunumlu kuvvetin tanımı: $\oint \vec F\cdot d\vec r = 0$, bu da $A\to B$ işinin yoldan bağımsız olmasına eşdeğerdir.
2. Sabit büyüklük, zamandan bağımsızlık ya da işaret bu koşulu belirlemez: sabit büyüklüklü sürtünme korunumsuzdur.
3. Hıza dik kuvvet iş yapmaz, ama iş yapmamak korunumlu olmak demek değildir; bu en yaygın çeldiricidir.
Sonuç: Kapalı çevrimde sıfır net iş.

Fizik I: tüm konular