İçeriğe geç
Anasayfa » İş, Güç ve Enerji

İş, Güç ve Enerji

Bir cisim üzerinde iş yapılabilmesi için cisme kuvvet uygulanması ve cismin de uygulanan kuvvet doğrultusunda yer değiştirmesi gerekmektedir. Bir cisme kuvvet uygulanmasına rağmen cisim o kuvvet doğrultusunda yer değiştirme yapmıyorsa fiziksel anlamda iş yapılmaz.

Yapılan işin büyüklüğü, cisme uygulanan kuvvete ve cismin o kuvvet doğrultusunda yaptığı yer değiştirmeye bağlıdır. Fiziksel olarak işin sıfırdan farklı olması için kuvvet ile alınan yolun çarpımının sıfırdan farklı olması gerekir. Skaler bir büyüklük olan iş W ile gösterilir. SI birim sisteminde birimi jouledür (J).

{W}{=}\overrightarrow{\mathbf{F}}{.}\overrightarrow{\vartriangle{x}}

Matematiksel modelden de görüleceği üzere yapılan iş, uygulanan kuvvet ve yer değiştirmenin büyüklüğü ile doğru orantılıdır. Cisme uygulanan kuvvet ne kadar büyükse ya da cisim kuvvet etkisinde ne kadar çok yer değiştirme yaparsa yapılan iş o kadar büyük olur.

Yatay zeminde durmakta olan cisim 10 Nʼlık kuvvetle aʼdaki gibi 2 m itildiğinde kuvvetin yaptığı iş,

\begin{gathered} {{W}_{1}{=}\overrightarrow{{\mathbf{F}}_{1}}{.}\overrightarrow{\vartriangle{x}_{1}}} \hfill\\ {{W}_{1}{=}{10}{.}{2}} \hfill\\ {{W}_{1}{=}{20}\hspace{0.33em}{J}} \hfill \end{gathered}

Aynı cisim aynı kuvvetle 4 m itildiğinde ise,

\begin{gathered} {{W}_{1}{=}\overrightarrow{{\mathbf{F}}_{1}}{.}\overrightarrow{\vartriangle{x}_{1}}} \hfill\\ {{W}_{1}{=}{10}{.}{4}} \hfill\\ {{W}_{1}{=}{40}\hspace{0.33em}{J}} \hfill \end{gathered}

olarak hesaplanır.

Bir cisme birden fazla kuvvet etki ederse cisim üzerinde yapılan iş nasıl hesaplanır?

Önce net kuvvet bulunur, daha sonra iş hesaplanır. Net kuvvetin büyüklüğü,

\begin{gathered} {\overrightarrow{{\mathbf{F}}_{net}}{=}\overrightarrow{{\mathbf{F}}_{1}}{+}\overrightarrow{{\mathbf{F}}_{2}}{+}\overrightarrow{{\mathbf{F}}_{3}}} \hfill\\ {\overrightarrow{{\mathbf{F}}_{net}}{=}{5}{+}{3}{+}{4}{=}{12}{N}} \hfill\\ {{W}_{net}{=}\overrightarrow{{\mathbf{F}}_{net}}{.}\overrightarrow{\vartriangle{x}}} \hfill\\ {{W}_{net}{=}{12}{.}{10}{=}{120}{J}} \hfill \end{gathered}

olarak bulunur.

Cisim kendine etkiyen kuvvetin yönünde hareket ederse kuvvetin cisim üzerinde yaptığı iş pozitif iştir. Bu süreçte cisme, hareketine ters yönde etki eden kuvvetlerin yaptığı iş ise negatif iş olarak tanımlanır. Negatif iş cismin mekanik enerjisini azaltan etki olarak da tanımlanabilir. Harekete ters yöndeki kuvvetlere verilebilecek en iyi örnek sürtünme kuvvetidir. Harekete zıt yönde oluşan sürtünme kuvvetinin yaptığı iş daima negatif iştir. Sürtünme sebebiyle belli bir miktar iş ısı enerjisine dönüşür.

\begin{gathered} {\overrightarrow{{\mathbf{F}}_{net}}{=}\overrightarrow{{\mathbf{F}}_{1}}{-}\overrightarrow{{\mathbf{F}}_{s}}} \hfill\\ {\overrightarrow{{\mathbf{F}}_{net}}{=}{10}{-}{2}{=}{8}{N}} \hfill\\ {{W}_{net}{=}\overrightarrow{{\mathbf{F}}_{net}}{.}\overrightarrow{\vartriangle{x}}} \hfill\\ {{W}_{net}{=}{8}{.}{5}{=}{40}{J}} \hfill \end{gathered}

olarak hesaplanır.

İş ile enerji arasındaki ilişki nedir?

Enerji, iş yapabilme yeteneği olarak tanımlanmaktadır. Cisim üzerinde iş yapıldığında cisme enerji aktarılır. Cismin enerjisi aktarılan enerji kadar değişir. Bu olayı açıklayan teorem İş-Enerji Teoremiʼdir. İş W ve cismin enerjisindeki değişim ∆E olmak üzere teoremin matematiksel modeli W=∆E şeklindedir.

GÜÇ

Güç, bir işin birim zamanda yapılma hızıdır. P ile gösterilir. SIʼda birimi watt olup W ile gösterilir. Gücün matematiksel modeli

{P}{=}\frac{W}{t}{=}\frac{\vartriangle{E}}{t}

Gücün birimi watt'tır.

Bir cihazın gücü, cihazın birim zamanda harcadığı enerjiyi ifade eder. Bu durumda cihazın bir t zamanda harcadığı enerjinin bulunması için birim zamanda harcadığı enerji (gücü) ile aracın çalıştırılma süresi çarpılır. Harcanan enerjinin matematiksel modeli güç denkleminden elde edilir. Harcanan enerji için,

\begin{gathered} {{P}{=}\frac{W}{t}{=}\frac{\vartriangle{E}}{t}} \hfill\\ {{W}{=}{P}{.}{t}} \hfill \end{gathered}