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.x² 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