Enerji
kaybolmaz
şekil değiştirir
Yere düşen top her seferinde biraz daha alçak zıplar. Bilardo topu bir süre sonra durur. Enerji nereye gitti? Hiçbir yere — sadece göremediğin bir biçime, ısıya dönüştü. Bu ünitede enerjinin defterini tutmayı öğreneceksin.
İnsanların yaşamı enerji dönüşümlerine bağlıdır. Günlük hayatta farkında olmasak da birçok enerji dönüşümü yaşanmaktadır. Kullandığımız elektrik enerjisinin ısı, ışık ve ses gibi enerji türlerine dönüşmesi veya güneş enerjisinin ısı, elektrik ve ışık gibi enerji türlerine dönüşümü örnek olarak verilebilir.
Güneş enerjisinin ve elektrik enerjisinin ışık enerjisine dönüşmesi. Bahçe lambası gündüz güneşten aldığı enerjiyi gece ışığa çevirir.
Elektrik enerjisinin ısı enerjisine dönüşmesi. Su ısıtıcısı, ütü ve elektrikli soba tam olarak bunun için üretilmiştir.
Elektrik enerjisinin ses enerjisine dönüşmesi. Hoparlör, kulaklık ve zil aynı dönüşümü yapar.
Bisikletli sürücü yer seviyesindeki A noktasından 4v hız büyüklüğü ile tepelik yola girip pedal çevirmeden B, C ve D noktalarından geçerek A ile aynı seviyedeki E noktasında 3v hıza sahip oluyor.
Bisikletli yataydaki A noktasından C tepe noktasına çıkarken hızı azaldığından kinetik enerjisi azalmış, yataya göre yüksekliği arttığından potansiyel enerjisi artmıştır. Bisikletlinin C tepe noktasında potansiyel enerjisi maksimumdur.
Bisikletli C tepe noktasından yataydaki E noktasına inerken hızı arttığından kinetik enerjisi artmış, yataya göre yüksekliği azaldığından potansiyel enerjisi azalmıştır.
Sürtünmenin ihmal edildiği sistemlerde mekanik enerji korunur. Yani kinetik enerji potansiyel enerjiye, potansiyel enerji de kinetik enerjiye dönüşür. Enerji dönüşümü kinetik ve potansiyel enerji arasında olur. Sistemde sürtünme olsa da sistem içerisinde baştaki enerji farklı enerji türlerine dönüşür fakat toplam enerji miktarı hep aynı kalmaktadır.
Bu ifadeye enerjinin korunumu ilkesi denir. Dikkat: korunan şey toplam enerji, her zaman mekanik enerji değil.
Yalnızca sürtünmenin ihmal edildiği sistemlerde. Bu bir kabuldür, sınav sorularında "sürtünmeler önemsiz" denilerek belirtilir.
Her durumda. Sürtünme varsa mekanik enerjinin bir kısmı ısıya gider ama defterin toplamı değişmez; sadece enerji başka bir sütuna yazılmıştır.
Bazen mekanik enerji farklı enerji çeşitlerine dönüştürülerek kullanılır. Örneğin jeneratörler mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürür. Barajda duran suyun potansiyel enerjisi de aynı zinciri izler: potansiyel → kinetik → türbinin kinetik enerjisi → elektrik.
Sürtünme kuvveti genellikle cisimlerin hareketlerini zorlaştırdığı için cisimlerin yavaşlamasına neden olmaktadır. Sürtünme kuvvetinin bu yavaşlatıcı etkisi cisimlerin kinetik enerjilerinin azalmasına neden olur. Kinetik enerjideki azalan miktar ısı, ışık ve ses gibi başka tür enerjilere dönüşür.
Yerden h₁ kadar yükseklikten bırakılan bir top, yer çekimi kuvvetinden dolayı yerin merkezine doğru çekilir ve top yere doğru düşer. Top h₁ yüksekliğinden yere doğru düşerken potansiyel enerji kinetik enerjiye dönüşür. Yere düşen top yüzeye çarparak tekrar zıplar ve top yukarı doğru çıkarken kinetik enerjisi azalır, potansiyel enerjisi artar. Ancak top her yere vurduktan sonra aynı yüksekliğe çıkamaz.
Topun her yükseldiğinde bir önceki yüksekliğe çıkamamasının nedeni, enerjisinin bir kısmını yere her çarptığında ısıya dönüştürerek mevcut mekanik enerjisini azaltmasıdır. Topun aşağıya inişi ve yukarıya çıkışı sırasında hava molekülleri ve hava sürtünmesinden dolayı hem top hem de hava molekülleri ısınır.
Topa dışarıdan herhangi bir müdahale bulunmazsa top birkaç zıplayıştan sonra yerde durur ve hareketsiz kalır. Gerçek dünyada sürtünme her zaman vardır; bu yüzden mekanik enerji pratikte hiçbir olayda tam olarak korunmaz. Bir problemde “sürtünmeler önemsizdir” dendiğinde bu kayıp ihmal edilir ve mekanik enerji korunur kabul edilir — sorularda kullandığın kural budur.
A noktasından serbest bırakılan m kütleli cisim rayın sürtünmeli olması nedeniyle E noktasına kadar çıkamayacaktır. Cismin D noktasına kadar çıkarak geri dönüşünde C noktasında durduğunu kabul edelim. Yerden 3h yüksekliğindeki A noktasında cismin potansiyel enerjisi EP.A = mg·3h = 3mgh = 3E'dir.
| Aralık | Enerji dönüşümü bağıntısı |
|---|---|
| A → C | EP.A = EK.C + Ws(CA) |
| C → D | EK.C = EP.D + Ws(CD) |
| D → C (geri dönüş) | EP.D = Ws(DC) |
| A → D | EP.A = EP.D + Ws(AD) |
Ws: cisim o yolu alırken sürtünmeden dolayı ısıya dönüşen enerji. EK: o noktadaki kinetik enerji. EP: o noktadaki potansiyel enerji.
Bilardo masasında vurduğumuz bir top belli bir süre sonra durur. Bilardo topunun durmasının nedeni sürtünme kuvvetinin yaptığı negatif iş olup bu negatif iş cismin mevcut mekanik enerjisini ısıya dönüştürür.
Uzaya gönderilen roketlerin ısınması, meteorların atmosferde ilerlerken ısınarak yanması hava sürtünmesi etkisiyle olmaktadır. Meteorun gökyüzünde gördüğün parlak izi, aslında kinetik enerjisinin ışığa ve ısıya dönüşmesidir.
Canlıların büyümesi, gelişmesi, vücut sıcaklığı, sindirimi, boşaltımı gibi yaşamsal faaliyetlerinin devam edebilmesi için enerjiye ihtiyaçları vardır. Canlıların fiziksel aktivitelerini yapabilmesi ve vücut tarafından harcanan enerjiyi karşılayabilmek için yağ, protein ve karbonhidratlar gibi enerji içeriği yüksek besinlere ihtiyaç duyulur.
Vücudumuz tarafından harcanan enerjiyi karşılamak için karbonhidratlar, yağlar ve proteinlerden yararlanılır.
Karbonhidratlar vücut enerjisinin ana kaynağı olup vücut tarafından depolanabilir. Gereğinden fazla karbonhidrat alındığında yağa dönüştürülerek depolanır.
Yetişkin insanlar iki farklı şekilde enerji harcarlar: fiziksel etkinliklerle harcanan enerji ve vücudun nefes alma, vücut sıcaklığını dengeleme, yaşamsal faaliyetleri düzenleme gibi işleri için harcanan enerji.
Bir insanın tam olarak dinlenme hâlindeyken gerekli olan minimum enerjiye bazal metabolizma hızı denir. Bu değer harcanan enerjinin yaklaşık %70'ine denk gelir ve kişiden kişiye değişkenlik gösterebilir.
Fiziksel etkinliklerin dışında harcanan enerji, vücudun bir gün boyunca istirahat hâlindeyken harcadığı enerjidir. Kişiler uyuma, TV seyretme, yürüme, koşma, çalışma, bisiklete binme, spor yapma gibi aktivitelerle enerji harcarlar. Fiziksel etkinliklerle harcanan enerji, kişinin harcadığı toplam enerjinin yaklaşık %20 ile %30 arasında bir orana denk gelir.
Büyüme çağındaki çocuklarda kemik, kas ve kan gibi yeni hücrelerin üretilebilmesi için ekstra olarak büyüme enerjisine ihtiyaçları vardır.
Kilo artışı gözlenir.
Kilo kaybı gözlenir.
Değişiklik olmaz; bu duruma enerji dengesi adı verilir.
Bir olayda "enerji kayboldu" diyorsan aslında "enerjiyi izlemeyi bıraktım" diyorsundur. Aşağıdaki örneklerde kaybolan enerjiyi sonuna kadar takip et.
İnik top yere çarptığında şekli çok bozulur ve enerjisinin büyük kısmını ısıya çevirir; bu yüzden zar zor zıplar. Şişkin topta bu kayıp azdır, top daha yükseğe çıkar. Kuralın topun sekme yüksekliğini belirlemesinin sebebi bu.
Uzun bir inişte sürekli fren yaparsan aracın kinetik ve potansiyel enerjisi tamamen balatalarda ısıya dönüşür. Balata aşırı ısınınca tutmaz — buna fren fedingi denir. Motor freni kullanmak tam da bu ısıyı azaltmak içindir.
Üşüyünce ellerini ovuşturursun. Kaslarının ürettiği mekanik enerji, sürtünme yoluyla doğrudan ısıya dönüşür. Bu, enerji korunumunun elinle hissettiğin hâlidir.
Aldığın enerji harcadığından fazlaysa fark yok olmaz — karbonhidratlar yağa dönüştürülerek depolanır. Vücut da enerjinin korunumu ilkesine uyar; "boşa gitmez" sözü burada birebir doğrudur.
Meteor atmosfere çok yüksek hızla girer; hava sürtünmesi kinetik enerjisini ışık ve ısıya çevirir. Gördüğün parlak çizgi, bir cismin enerjisini harcayışıdır.
Prizden çekilen enerjinin tamamı pile girmez; bir kısmı ısı olarak dışarı verilir. Elinde hissettiğin sıcaklık, "kaybolan" enerjinin makbuzudur.
Vurduğun top mutlaka durur. Duruşun tek sebebi sürtünme kuvvetinin yaptığı negatif iş olup bu iş mekanik enerjiyi ısıya çevirir. Masa ne kadar kaygansa top o kadar uzun gider.
İnişte kazandığın hızla tepeyi aşabilirsin ama başladığın seviyeye hep daha yavaş dönersin. Aradaki fark, lastik ve hava sürtünmesinin ısıya çevirdiği enerjidir.
Barajda duran su hareketsizdir ama potansiyel enerjisi vardır. Bu enerji suyun kinetik enerjisine, sonra türbinin dönme enerjisine, sonunda jeneratörde elektriğe dönüşür. Mekanik enerjinin elektriğe dönüştüğü en yaygın örnek budur.
30 sorudan oluşan bu test ile "Enerji Korunumu" ünitesini ne kadar kavradığını gör. Her sorudan sonra anında geri bildirim alacaksın.
Bir sistemde var olan enerjiler birbirlerine dönüşebilir ancak sistemin toplam enerji değeri sabit kalır, değişmez.
Sürtünmenin ihmal edildiği sistemlerde kinetik ve potansiyel enerji birbirine dönüşür, toplamları sabit kalır.
Kinetik enerjideki azalan miktar ısı, ışık ve ses gibi başka tür enerjilere dönüşür.
Top her çarpmada enerjisinin bir kısmını ısıya dönüştürdüğü için bir önceki yüksekliğe çıkamaz.
Cisim sonunda durduysa başlangıçtaki potansiyel enerjinin tamamı sürtünmeyle ısıya dönüşmüştür.
Aynı seviyedeki iki noktadan farklı hızlarla geçilmesi, enerjinin bir kısmının sürtünmeyle ısıya dönüşmesiyle açıklanır.
Tam dinlenme hâlindeyken gerekli olan minimum enerji. Harcanan toplam enerjinin yaklaşık %70'idir, kişiden kişiye değişir.
Fiziksel etkinliklerle harcanan enerji, toplam harcanan enerjinin yaklaşık %20 ile %30'u arasındadır.
Alınan enerji harcanandan fazlaysa kilo artışı, azsa kilo kaybı olur; eşitse değişiklik olmaz.