İŞ VE ENERJİ

7.SINIF
DERS:3
ÜNİTE: KUVVET VE ENERJİ
KONU: İŞ VE ENERJİ
Bir cisim, bir kuvvet etkisiyle,  kuvvet doğrultusunda hareket ediyorsa, bu kuvvet cisim üzerinde iş yapmış olur. 

Günlük yaşamdan iş örnekleri:

Bir arabanın itilmesi, bir kovanın kaldırılması, bir elmanın ağaçtan yere düşmesi, bir kitabın çantadan çıkarılıp kitaplığa konması, çekiçle çivi çakılması, bir yayın sıkıştırılması iştir. Bu örneklerin hepsinde bir kuvvet etkisinde cisimlerin hareketi söz konusudur.

Bir kuvvetin yaptığı işi bulmak için, kuvvetin büyüklüğü ile cismin yaptığı yer değiştirmeyi bilmek gerekir.

İş, kuvvet ve kuvvetin cisme aldırdığı yol çarpılarak bulunur.  

F= Kuvvet (N)                                     

X=Yol(m)                                           İş = kuvvet x yol

W=İş(N.m = joule)                      Bunu sembolle gösterirsek,

                                                     W = F . ∆x   veya  W = F. X

 İŞ VE ENERJİ

İş yapabilme yeteneğine enerji denir. Harcanan enerji kadar iş yapılabilir. 
Bu yüzden iş ve enerji birbirine eşittir.

                    E=W

E= Enerji

Enerji birimi, iş birimi gibi “joule” dür.

Günlük hayatta besinlerdeki enerjiden söz edilirken enerji birimi olarak “kalori (cal)” kullanılır. 

                                           1 kalori = 4.18 joule                                           

    
Enerji Çeşitleri:
Enerjinin ısı enerjisi, elektrik enerjisi, nükleer enerji, kimyasal enerji, ışık enerjisi, ses enerjisi, mekanik enerji, potansiyel enerji, kinetik enerji, mekanik enerji v.b çeşitleri vardır.

Enerji Dönüşümü: 

Bir enerji türü başka bir enerjiye dönüşebilir. Canlıların yaşaması için enerji gereklidir. Canlılar tükettikleri enerjiyi yedikleri besinlerden sağlar. Vücuda alınan besinler, hücrelerde oksijenle yakılarak enerji üretilir. Kömürdeki kimyasal enerji, kömür yandığında ısı ve ışık enerjisine dönüşür. Elektrik enerjisi, elektrikli aletlerde ısı,ışık,ses,hareket gibi enerji çeşitlerine dönüşür.    
Otomobil, kamyon, uçak gibi taşıtlarda kullanılan benzin, mazot gibi yakıtlar kimyasal enerjiye sahiptir. Bunlar yandığında ısı enerjisi açığa çıkar. Açığa çıkan bu enerji daha sonra hareket enerjisine dönüştürülür. Hareket eden araçlar yolcu ve yük taşır, iş yapar.

Potansiyel enerji:
Potansiyel, kelime olarak “gizli” anlamına gelmektedir. Potansiyel enerji, bir cismin durumundan dolayı sahip olduğu gizli enerjidir.Barajların arkasında biriken suyun potansiyel enerjisi vardır. Su bir borudan akmaya başladığında bu enerji açığa çıkar.Masa üzerinde duran çekiç yere göre bir potansiyel enerjiye sahiptir. Masadan yere düşen çekiç bu enerjisini kaybeder.

Cisimler, yerden yükseğe çıkarıldıkça potansiyel enerjileri artar. 
Bir cismin potansiyel enerjisi, cismin ağırlığı ile  yerden yüksekliği çarpılarak bulunur.

m= kütle ( kg)

h= cismin yerden yüksekliği ( m )      
g = yerçekim ivmesi (10 N/kg )

Ep= potansiyel enerji ( joule )      
G=ağırlık ( N )                                        
                                                                   Ağırlık                            Potansiyel  Enerji

                                                                G= m.g                Ep=m.g.h     veya      Ep=G.h
İNCELEME: Aşağıdaki görseli inceleyiniz.
                                   

Otomobilin potansiyel enerjisi yerden yükseğe çıkarıldıkça artar.  
   1.Durum Ep=m.g.h=1100.10.0=0j              
              2.Durum Ep=m.g.h=1100.10.2= 22000j                
3.Durum Ep=m.g.h=1100.10.4= 44000j   

Kinetik enerji: Bir cismin hareketinden dolayı sahip olduğu enerjiye kinetik enerji denir. Hareket eden bütün cisimlerin kinetik enerjisi vardır. Uçan kuşun, koşan insanın, daldan düşen elmanın, dönen pervanenin, akarsuyun kinetik enerjisi vardır.
Bir cismin kinetik enerjisi, cismin kütlesine ve hızına bağlıdır. 

m= kütle ( kg)

g = yerçekim ivmesi (10 N/kg )                     

V= Hız (m/s )

Ek= Kinetik enerji (joule )

POTANSİYEL VE KİNETİK ENERJİNİN BİRBİRİNE DÖNÜŞÜMÜ :
Yukarıya doğru atılan cisimde kinetik enerji vardır. Ancak yükseldikçe hız ve kinetik enerjisi azalır. Potansiyel enerjisi artmaya başlar. Hızın bittiği yerde kinetik enerjisi de sıfır olur. Ancak potansiyel enerjisi en yüksek seviyeye gelir.
İNCELEME: Yerden yukarıdaki bir topun hareketini inceleyelim.Topun en yüksekte olduğu durumda potansiyel enerjisi  en çok, kinetik enerjisi sıfırdır. Top yere çarparken  hızı en fazla olacağı için kinetik enerjisi en çok, potansiyel enerjisi sıfır olacaktır.Ancak mekanik enerjisi her durumda sabit kalacaktır.

Yerden yukarıda bulunan topun bulunduğu konumlar ve enerji dönüşümleri.

ENERJİNİN KORUNUMU
Doğadaki değişimler sırasında toplam enerji miktarı kesinlikle değişmez. Ancak birbirine çevrilebilir. Yani enerji korunur.

İNCELEME: Aşağıdaki görselde bir enerji dönüşümü ve korunumu örnek olarak verilmiştir.
EK(Kinetik Enerji) ,  EP(Potansiyel Enerji), EM(Mekanik Enerji)

Görselde araba en yukarıda iken EP en çok, hızının en fazla olduğu noktada EK en çoktur. Mekanik enerji ise ( EP+EK=EM )her durumda sabittir.
Cisme dışarıdan bir kuvvetin etki etmediği bir sistemde, herhangi bir andaki cismin potansiyel enerjisi ile kinetik enerjisinin toplamı sabittir. Buna mekanik enerjinin korunumu denir.
İNCELEME: Aşağıdaki görselde cismin yokuşu inerken ve yokuşu çıkarken gerçekleşen 
enerji dönüşümlerini inceleyelim.

          

Cismin yokuşu inerken yüksekliğinden dolayı sahip olduğu potansiyel enerji, cisim yere yaklaştıkça yüksekliği azaldığı için azalır, kinetik enerjisi ise hızı arttığı için artar.
Cismin yokuşu çıkarken hızı azalacağı için kinetik enerjisi azalır. Yüksekliği artacağı için potansiyel enerjisi artar.
Sonuç olarak potansiyel enerji kinetik enerjiye dönüşür. Mekanik enerji korunmuş olur. 

Enerji Dönüşümüne Örnekler 
Sıkıştırılan yay da potansiyel enerji vardır. Yay serbest bırakılırsa kinetik enerjiye dönüşür. 
Bir elektrik devresindeki ısı ve ışık enerjisi pildeki kimyasal enerjiye eşittir.
Yukarıya atılan taş kaybettiği kinetik enerjiyi, yere düşerken tekrar kazanır.

Masa kenarındaki bir kalem kutusu yere göre potansiyel enerjiye sahiptir. 
Kalem kutusu  masadan yere düşerken hem potansiyel hem kinetik enerjiye sahiptir. Kalem kutusu yere çarptığında sadece kinetik enerjiye sahiptir.
Yukarıdan aşağıya düşen bir cismin potansiyel enerjisi kinetik enerjiye dönüşür. 
Aşağıdan yukarı fırlatılan bir cismin kinetik enerjisi, yüksekliği artıp hızı azaldığı için potansiyel enerjiye dönüşür.

Elektrik enerjisi ütüde ısıya, cep telefonlarında kimyasal enerjiye dönüşür.

Barajda biriken suyun potansiyel enerjisi, baraj açıldığında önce kinetik enerjiye dönüşür daha sonra elektrik enerjisine dönüşür.

Ampullerde elektrik enerjisi, ışık enerjisine dönüşür.(Bir miktar da ısı enerjisine dönüşür.)

Örneklerde görüldüğü gibi bütün enerji çeşitlerinde var olan enerji kaybolmaz, bir başka enerjiye  dönüşür.
Sonuç olarak; Doğadaki toplam enerji miktarı sabittir. Var olan bir enerji yok edilemediği gibi olmayan bir enerji de var edilemez. Ancak var olan enerji bir başka enerjiye dönüşebilir.

Bu durum enerji korunumu olarak bilinir.
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------
SORU ÇÖZELİM: 
1-Bir öğretmen öğrencilerinden “Kinetik enerji kütle ile doğru orantılıdır.”ifadesini doğrulayan bir deney düzeneği hazırlamalarını istiyor.

Öğrencilerin hazırladığı düzeneklerde kütleleri verilmiş eşit hacimli küresel cisimler, belirtilen yüksekliklerden serbest bırakılıyor ve bu cisimlerin kum havuzunda oluşturdukları çukurların derinlikleri not ediliyor.

Bunlardan hangisi öğretmenin istediği düzenektir?
a) m,2m ve 3m kütleli cisimleri h,2h ve 3h yüksekliklerinden kum havuzuna bırakmak.
b) m kütleli üç cismi h,2h ve 3h  yüksekliklerinden kum havuzuna bırakmak.
c) m,2m ve 3m kütleli cisimleri 3h,2h ve h yüksekliklerinden kum havuzuna bırakmak.
d) m,2m ve 3m kütleli cisimleri aynı yükseklikten kum havuzuna bırakmak.
2- Aşağıdakilerden hangisinde "fen anlamında" iş yapılmaz?
a)Simit tepsisini tutan adam
b)Çığ oluşumu
c)Merdivenden çıkan çocuk
d)Süratlenen otomobil 
3- Yerde duran topu 3 N'luk kuvvetle 2 m yukarıya çıkaran kişi,yerçekimine karşı kaç joule'lük iş yapmıştır?  
    a)4    b)5     c)6     d)7
4-  Aşağıdakilerden hangileri işle ilgili doğru tanımlamadır?

I.İş kuvvetin büyüklüğüne bağlıdır.
II.İş cismin yer değiştirme mesafesine bağlıdır.
III.İş birimi joule dur.
IV.Bilimsel anlamda iş yapılabilmesi  için, cisme uygulanan kuvvet ve hareketin aynı doğrultuda olması gereklidir. 
a) I-III-IV    b) II-IV-III    c) I-II-III    d) I-II-III-IV

5-Yerden fırlatılan bir taşın tekrar yere düşünceye kadar I ,II , III konumlarında sahip olduğu enerjiler sırası ile hangisidir?
 I.konum >>>>> Fırlatılma anı     
II.konum >>>>> Maksimum yükseklikte
III.konum>>>>> Yere düştüğü an
a)Kinetik-Potansiyel-Kinetik 
b)Mekanik-Ses-Potansiyel
c)Kinetik-Elektrik-Potansiyel
d)Potansiyel-Kinetik-Potansiyel

6- Aşağıdaki eylemlerin hangisinde uygulanan kuvvet; kinetik ve potansiyel enerjide bir değişime neden olmaz?
a)Bir süpermarketteki alışveriş arabasının itilmesi
b)Bir işçinin inşaat malzemelerini yukarıya çekmesi
c)Bir öğrencinin sınıf duvarını itmesi 
d)Yerdeki kitapların kitaplığa kaldırılması