gamedschool

İş, Güç ve Mekanik Enerji: Korunum ve Verim konu anlatımı

10. sınıf Fizik · Ünite 2: Enerji

Lise · 10. sınıf · Fizik · Ünite: Ünite 2: Enerji · ~2 dk okuma

Fiziksel anlamda iş ve kuvvet-yer değiştirme grafiği; iş-enerji ilişkisi; güç; kinetik enerji, yer çekimi potansiyel enerjisi ve esneklik potansiyel enerjisi; mekanik enerjinin korunumu; sürtünmeli sistemlerde enerji kaybı; verim; günlük hayattan enerji dönüşümü örnekleri.

İş ve güç

İş: Kuvvetin, cismi kuvvet doğrultusunda yer değiştirmesi → W = F · Δx (J = N·m)

  • Kuvvet hareket yönüne dik ise iş yapılmaz (çantayı yatay taşırken yer çekimine karşı iş yok).
  • Kuvvet hareketle zıt yönlüyse iş negatiftir (sürtünme).

Kuvvet-yer değiştirme grafiği: Grafiğin altındaki alan = iş

→ 20 N’luk kuvvetle 5 m → W = 100 J

Güç: Birim zamanda yapılan iş → P = W / t (watt, W)

→ 600 J’lük işi 3 s’de yapan motorun gücü 200 W

  • 1 kWh = 1000 W × 3600 s = 3,6 × 10⁶ J (elektrik faturasındaki birim)

Mekanik enerji türleri

EnerjiFormülBağlı olduğu
Kinetik (Eₖ)½ · m · v²kütle, hızın karesi
Yer çekimi potansiyel (Eₚ)m · g · hkütle, yükseklik
Esneklik potansiyel½ · k · x²yay sabiti, sıkışma/uzama
  • Hız 2 katına çıkarsa kinetik enerji 4 katına çıkar.
  • İş-enerji teoremi: Net iş = kinetik enerjideki değişim → W_net = ΔEₖ

Örnek: 2 kg’lık top 10 m yükseklikte duruyor → Eₚ = 2 · 10 · 10 = 200 J

Mekanik enerjinin korunumu ve verim

Sürtünmesiz ortamda: E_mekanik = Eₖ + Eₚ = sabit

→ 5 m yükseklikten serbest bırakılan cisim yere çarparken: mgh = ½mv² → v = √(2gh) = √100 = 10 m/s

Sürtünmeli ortamda: Mekanik enerjinin bir kısmı ısıya dönüşür; ama toplam enerji yine korunur.

→ Kaykay rampasından kayan bir öğrenci ilk yüksekliğe tekrar çıkamaz.

Verim: η = (yararlı enerji / harcanan enerji) × 100

→ 500 J elektrik enerjisinin 400 J’ünü mekanik enerjiye çeviren motorun verimi %80

  • LED ampul akkor ampulden çok daha verimlidir (akkor ampul enerjinin büyük kısmını ısıya çevirir).

Kavramlar

iş
kuvvet × yer değiştirme
güç
birim zamandaki iş
kinetik enerji
hareket enerjisi
potansiyel enerji
konum enerjisi
verim
yararlı enerji oranı
Önemli noktalar
  • W = F · Δx; kuvvet harekete dikse iş yok
  • F-x grafiğinin altındaki alan = iş
  • P = W/t (watt); 1 kWh = 3,6 MJ
  • Eₖ = ½mv²; Eₚ = mgh
  • Sürtünmesiz ortamda mekanik enerji korunur
  • Verim = yararlı / harcanan × 100

Örnek soru ve çözümü

Soru

60 kg’lık bir öğrenci 3 m yüksekliğindeki merdiveni 6 s’de çıkıyor. Yaptığı iş ve harcadığı güç nedir? (g = 10)

Çözüm

W = mgh = 60·10·3 = 1800 J; P = 1800/6 = 300 W.

Çözümlü örnekler

1. 4 kg’lık cisim 5 m/s hızla hareket ediyor. Kinetik enerjisi kaçtır? KolayÇözüm

½·4·25 = 50 J.

2. Sürtünmesiz bir rampanın 20 m yüksekliğinden serbest bırakılan cismin yere ulaştığı andaki hızı kaçtır? (g = 10) OrtaÇözüm

v = √(2·10·20) = 20 m/s.

3. Bir vinç 1000 kg’lık yükü 10 s’de 12 m yükseltiyor ve 20 kW güç harcıyor. Verimi kaçtır? ZorÇözüm

Yararlı güç = 1000·10·12/10 = 12 kW → verim = 12/20 = %60.

Sık yapılan hatalar

  • Kuvvet harekete dik olduğunda da iş yapıldığını sanmak.
  • Hız 2 katına çıkınca kinetik enerjinin 2 katına çıktığını sanmak.
  • Sürtünmeli ortamda enerjinin “yok olduğunu” düşünmek (ısıya dönüşür).

Biliyor muydun?

Bir insan bir günde yaklaşık 2000–2500 kilokalori enerji harcar; bu da kabaca 100 W’lık bir ampulün gün boyu yanmasına denk gelir!

Kendini dene

1. 10 N’luk kuvvetle cisim kuvvet yönünde 4 m çekilirse yapılan iş kaçtır?
  1. 2,5 J
  2. 40 J
  3. 14 J
  4. 400 J
Cevabı göster

Doğru cevap: B) 40 J · F·x.

2. Bir garson tepsiyi yatay olarak taşırken tepsiye uyguladığı düşey kuvvetin yaptığı iş nedir?
  1. Tepsinin ağırlığı kadar
  2. Pozitif
  3. Sıfır
  4. Negatif
Cevabı göster

Doğru cevap: C) Sıfır · Dik.

3. 1200 J’lük işi 4 s’de yapan sistemin gücü kaçtır?
  1. 300 W
  2. 4800 W
  3. 1204 W
  4. 30 W
Cevabı göster

Doğru cevap: A) 300 W · W/t.

4. Hızı 3 katına çıkan bir cismin kinetik enerjisi kaç katına çıkar?
  1. 3
  2. 6
  3. 27
  4. 9
Cevabı göster

Doğru cevap: D) 9 · v².

5. 2 kg’lık cismin 15 m yükseklikteki potansiyel enerjisi kaçtır? (g = 10)
  1. 300 J
  2. 3000 J
  3. 30 J
  4. 150 J
Cevabı göster

Doğru cevap: A) 300 J · mgh.

Konunun tüm sorularını ve testlerini gamedschool’da çözebilir, yanlışlarını tekrar edebilirsin.

10. Sınıf Fizik konuları
Konuyu oyunla pekiştir

gamedschool’da bu konunun testlerini çöz, XP ve altın kazan, Pixel Dünyası’nda arkadaşlarınla buluş. Öğrenciler için ücretsiz.

Ücretsiz kayıt ol