İş ve Enerji
İş kuvvet vektörü ile konum vektörünün skaler çarpımına eşittir ve de skaler bır
niceliktir. (W=f.x)
(sabit bir kuvvetin yapmış olduğu iş kuvvetin yer değiştirme doğrultusundaki
bileşeni ile yer değiştirmenin büyüklüğünün çarpımına eşittir.)
Boyut analizi yaptığımızda ışın biriminin newton.metre olduğunu görüyoruz. SI
birim siteminde bu joule olarak adlandırılıyor.
Cisme etkiyen kuvvetin hareket doğrultusunda olan bileşeni iş yapmaktadır.
Birim zamanda yapılan işe (iş yapma hızı) güç denmektedir. İş/zaman bağıntısıyla
güç bulunabilir. (P=W/t)
Barajdaki suyun, masa üzerindeki bir kitabın, gerilmiş bir yayın, hareket
halindeki bir cismin enerjisi vardır. Enerji iş yapabilme yeteneğidir.
Enerjisi olan sistemler iş yapabilme yetisine sahiptirler.
ENERJİ KAYNAKLARI
Birincil enerji kaynakları çekirdek kaynaşması, çekirdek bölünmesi,
radyoaktiflik ve yer ile ay’ın devinimidir. Tüm enerji biçimlerinin kökenleri
bunlardır.
Güneş’teki enerji, hidrojeni ve öteki hafif elementleri daha ağır elementlerle
kaynaştıran termonükleer tepkimelerle açığa çıkar. Yer’i aydınlatan, yer’e ve
uzaya tükenmez bir enerji sağlayan ışınım enerjisinin kaynağı budur. Yer
atmosferindeki rüzgarlar güneş enerjisinin ısıl etkileri sonucunda oluşur. Hatta
akarsuların taşıdığı enerji de, Güneş ışınımının dolaylı bir sonucudur. Öte
yandan bölünebilir çekirdek yakıtlar da önemli bir strateji kaynağıdır. Örneğin
bir uranyum atomunun çekirdeğinin bölünmesi sonucunda açığa çıkan enerji, bir
benzin molekülünün yakılmasıyla elde edilen enerjinin milyonlarca katı kadardır.
Başta ağır elementlerinki olmak üzere çoğu radyoaktif izotop kararsızdır ve
bozunum sürecinde enerji salar. Bu tür bir enerji salımı doğada toryum ve
uranyum elementlerinin etkinliği sonucunda gelişir; öte yandan aynı olgu,
çekirdek kaynaşması ve öteki nükleer yöntemlerle yapay olarak elde edilebilir.
Bu nedenle, bozunma hızı ve enerji üretimi özellikleri değişik çok sayıda doğal
ya da yapay radyoaktif izotop vardır. Doğal radyoaktif izotoplar yerin çok küçük
bir bölümünü oluşturur ama açığa çıkarttıkları enerji yerin iç bölümünün yüksek
sıcaklığını koruyacak yeterliktedir. Yerdeki jeotermal buhar kuyularından elde
edilen enerjinin kaynağı bu radyoaktif etkinliktir.
Birincil kaynaklardan sürekli olarak yeniden yaratılan enerjiye, yenilenebilir
enerji denir. Bunlar,Güneş enerjisi, rüzgarların ve akarsuların içerdiği enerji,
jeotermal enerji, gelgit enerjisi, ağaçlardan ve öteki bitkilerden sağlanan
yakıtlar ile denizlerdeki ısıl gradyanların içerdiği olanaklı enerji
kaynaklarıdır. Bu yenilenebilir kaynakların içerdiği toplam enerji miktarı,
dünya enerji gereksiniminin çok üstünde olmasına karşın, bunun ancak çok küçük
bir bölümü uygun maliyetlerle elde edilebilmektedir. Bu nedenle de bu kaynaklar,
dünya enerji talebinin ancak küçük bir kesimini karşılayabilmektedir.
Enerjinin ısı, elektrik, nükleer olmak üzere bir çok çeşidi vardır. Burada
mekanik enerji üzerinde duralım.
Mekanik enerji kinetik ve potansiyel enerji olmak üzere iki çeşittir.
1. Kinetik Enerji
Cismin hareketinden dolayı sahip olduğu enerjiye denir. Enerjiyi iş yapabilme
yeteneği olarak tanımlamıştık. İş bağıntısından yola çıkarsak;
W=F.x ve F=m.a olduğuna göre;
W=m.a.x ifadesinde a=(v2-v1)/t x=(v1+v2).t/2
bağıntıları yerine konulursa W=(1/2).m.v22-(1/2).m.v12
ifadesi elde edilir.
Buradaki (1/2).m.v2 bağıntısı kinetik enerji bağıntısıdır. Birimi
joule dür.
W=ΔK olarak ifade edilir (iş enerji
prensibi). Buradan yapılan işin kinetik enerji değişimine eşit olduğunu
görürüz.
2. Potansiyel Enerji
Potansiyel enerjiyi her an iş yapabilecek (iş yapabilme potansiyeline sahip)
sistemlerde depolanan enerji olarak tarif edebiliriz. Burada potansiyel
enerjinin iki çeşidinden bahsedeceğiz.
Yükseklik Potansiyel Enerjisi: Cismin konumundan dolayı sahip olduğu
enerji olarak tanımlanır.
W=F.Δx
W=m.g.(h2-h1) h1>h2
W= -m.g. Δh W= -ΔU
Yükseklik potansiyel enerjisi bağıl bir kavramadır. Cismin belli bir noktaya
göre potansiyel enerjisi düşünülür. Koordinat sistemine göre değişir.
Esneklik Potansiyel Enerjisi: Esnek cisimlerin gergin veya sıkışık
konumda iken depoladıkları enerjidir. Bir yayın x kadar sıkıştırıldığını
düşünelim. Bu durumda yayda depolanan enerji W=1/2 k.x 2 dir.
Mekanik Enerjinin Korunumu
Dış kuvvetler etkisi ile mekanik enerji kaybının olmadığı sitemlerde mekanik
enerji toplamı sabittir. Cismin kinetik enerjisindeki artma potansiyel
enerjisindeki azalmaya veya tam tersi potansiyel enerjisindeki artma kinetik
enerjisindeki azalmaya eşittir.
Toplam enerji değişimi = Kinetik enerji değişimi + Potansiyel enerji değişimi =
0
ΔK+ΔU=0
|
