9 Nisan 2012 Pazartesi

Enerji Çeşitleri ve Dönüşümleri & Sürtünme Kuvveti


Potansiyel Enerji ve Kinetik Enerji (Konu Anlatımı)


ENERJİ
 
Bir cismin iş yapabilme yeteneğine enerji denir. Bir araç, bir yerden bir yere giderken bir kuvvet harcar ve yol alır ve bir enerji harcar. Bir silahtan çıkan mermi, önüne çıkan cisimleri tahrip eder veya deler. Bir insan bir masayı alıp başka yere taşırsa bir enerji harcamıştır. Yani iş yapabilecek durumda olan her şeyin bir enerjisi vardır. Bu enerji kullanılmadığı durumlarda potansiyel enerji iken kullanılma durumunda kinetik enerji halindedir.
İş yapabilmek için mutlaka enerjiye ihtiyaç vardır. Yapılacak işlem ile enerji işe dönüşecektir. Kuvvet uygulanarak iş yapıldığında cisim enerji kazanmaktadır. Bu nedenle enerji ile işin birimleri aynıdır yani jouledir.
Enerjinin farklı türleri vardır. Hareket enerjisi, ısı enerjisi, ışık enerjisi gibi. Ve enerjiler birbirine dönüşebilmektedir. Bir lastiği çektiğimizde iş yapmış oluruz. Yapılan iş lastiğin içinde enerji olarak depolanır. Lastiğe bir cisim tutturup bıraktığımızda cisim hareket eder. Böylece lastiğin içinde depolanan enerji hareket enerjisine dönüşür. Ağzını mantar tıpa ile kapattığımız bir cam tüpü ısıttığımızda, tüpün içindeki havanın ısınarak genleşmesi sonucunda mantar tıpa tırlar. Burada ısı enerjisi hareket enerjisine dönüşmüştür.
İki cismi birbirine sürttüğümüzde cisimleri hareket ettirmiş oluruz. Ve cisim bir süre sonra ısınmaya başlar. Burada da hareket enerjisi ısı enerjisine dönüşmüştür. İnsanlarda besinlerden aldıkları enerjiyi vücutlarında depolarlar ve bir iş yaptıklarında bu enerjiyi kullanarak iş yaparlar. Evlerimizi veya iş yerlerimizi ısıtmak için yakıtlardan faydalanırız. Yakıtlarda var olan kimyasal enerji ısı enerjisine dönüşür. Isıtma ve aydınlatma için elektrik enerjisini kullanırız. Elektrik enerjisi lambalar yardımıyla ışık enerjisine, ütü, ısıtıcı ve klima yardımıyla ise ısı enerjisine dönüşür.


Burada enerjinin dönüşümü ile ilgili güzel bir uygulama var:


Uygulamadan bir kare:

Potansiyel Enerji


Cisimlerin hareket halinde olmadıkları durumlarda sahip oldukları enerjiye potansiyel enerji denir. Bir cismi yerden daha yüksek bir noktaya kaldırdığımızda yer çekimine karşı bir iş yapar. Yapılan bu iş cisimde enerji olarak depolanır ve cismin iş yapabilecek duruma gelmesine neden olur. Potansiyel enerjinin simgesi Ep ve birimi jouledir.
Yeryüzünden h yüksekliğine olan m kütlesine sahip olan bir cismin potansiyel enerjisini hesaplamak için;
Ep=m.g.h


Yukarıdaki şekilde bir arabanın farklı yüksekliklerde sahip olduğu potansiyel enerjiyi hesaplayalım;
İlk olarak aracın 2 metre yüksekliğindeki potansiyel enerjisini bulacak olursak
Ep1=m.g.h, Ep1=1100.9,8.2, Ep1=21560 jouledir.
4 metre yükseklikte arabanın potansiyel enerjisi ise
Ep2=m.g.h Ep2=1100.9,8.4 Ep2=43120 jouledir.
Yapılan işlemde de görüldüğü gibi cisim ne kadar yüksekte yer alırsa potansiyel enerji de o kadar artmaktadır.
Aşağıdaki şekilde olduğu gibi iki farklı kütleye sahip cisimlerin yükseklikleri farklı olmasına rağmen sahip oldukları potansiyel enerjilerin eşit olduğunu hesaplayarak görebilirsiniz.


Kinetik Enerji
Hareketli cisimler iş yapabilme yeteneğine sahiptirler yani bu cisimlerin enerjileri vardır. Bu hareketinden dolayı cisimlerin sahip oldukları enerjiye kinetik enerji denir. Akan su, hareket halindeki araba, fırlatılan bir taş, yüksekte uçmakta olan bir kuşun kinetik enerjileri vardır. Duran cisimlerin potansiyel enerjileri, cisimler hareket haline geçtiklerinde bu enerji kinetik enerjiye dönüşür. Örneğin duran bir araba potansiyel enerjiye sahiptir. Araç harekete geçtiğinde potansiyel enerji kinetik enerjiye dönüşür. Araç hızlandıkça kinetik enerji artacaktır. Kinetik enerjinin simgesi Ek ve birimi jouledir.
Farklı kütlelere sahip olan cisimlerin kinetik enerjileri de farklıdır. Aynı yol üzerinde hareket eden bir kamyon ile bir otomobilin kinetik enerjileri farklıdır. Bu nedenle bu iki aracın çarpışmasında kinetik enerjisi daha az olan otomobilin hasar oranı kamyona göre daha fazladır. Aynı şekilde daha hızlı hareket eden arabaların çarpışmasında da hasar daha fazla olmaktadır.
Bir V hızı ile hareket eden m kütleli bir cismin kinetik enerjisi;
Ek=1/2m.V2 olacaktır. m ve V2 her zaman pozitif nicelikler olduğundan kinetik enerji de pozitiftir.


Yukarıdaki arabanın kinetik enerjisini hesaplayacak olursak;
Ek=1/2m.V2 Ek=1/2.1100.802 Ek=3520000 joule.
Su akış halinde iken kinetik enerjiye sahiptir. Suyun bu enerjisinden farklı enerjiler elde edilerek yararlanılır. Hidro elektrik santrallerinde suyun türbinleri döndürmesi sağlanarak suyun bu enerjisi ilk olarak hareket enerjisine dönüşür daha sonra ise elektrik enerjisi elde edilir.

Enerjinin Korunumu
Yerden belirli bir yükseklikte bulunan bir cisim serbest bırakıldığında yere doğru düşecektir. Bu cisim düşerken hızlanır ve potansiyel enerjisi azalmaya kinetik enerjisi artmaya başlar. Yani cismin potansiyel enerjisi kinetik enerjiye dönüşür.


Yerden yukarı doğru fırlatılan bir cisim ilk atıldığında daha hızlı hareket edecek, yukarı çıktıkça hızı azalacaktır. Burada da ilk başta kinetik enerji fazla olmasına rağmen bu enerji potansiyel enerjiye dönüşür. Bu cismin hızı bir noktada durur ve bu esnada potansiyel enerjisi maksimum noktaya ulaşır. Cisim yerçekiminin etkisi ile tekrar yeryüzüne doğru hareket eder ve potansiyel enerji kinetik enerjiye dönüşür.


Bir eğik düzlemde hareket eden bir arabanın potansiyel ve kinetik enerjilerini şu şekilde gösterebiliriz:




Cisim hareket ettiğinde enerjiler birbirine dönüşebilmektedir. Bu enerji dönüşümler esnasında toplam enerji miktarı sabit kalmaktadır. Bu ilkeye enerjinin korunumu ilkesi denilmektedir.




Cisim hareket ederken ortamdaki sürtünme önemsiz ise ısı şeklinde enerji kaybı olmaz. Fakat kinetik enerji artarken potansiyel enerji azalır, potansiyel enerji artarken kinetik enerji artar. Bu iki enerjinin toplamı ise sürtünmesiz ortamda hiçbir zaman değişmez.


Yukarıdaki şekilde bir ipin ucuna asılı olan bir cisim salınıma bırakılmıştır. A noktasından harekete başladığı düşünüldüğünde cisim bu noktada potansiyel enerjisinin maksimum olduğu durumdadır. B noktasına gediğinde ise potansiyel enerji minimum, kinetik enerji maksimum düzeydedir. Tekrar C noktasına geldiğinde ise potansiyel enerji maksimum düzeye çıkmıştır. Bu hareketler esnasında toplam enerji sabit kalmaktadır.







Enerji Çeşitleri Ve Enerjilerden Yararlanma
 Besinlerden Enerji Sağlanması



Canlılığın devamı, büyüme, gelişme, çoğalma, hareket için besin gereklidir.
İnsanın iş yapabilmesi için enerjiye ihtiyacı vardır.
Bu enerjiyi besin maddelerinden alırız.
İş yapabilme yeteneğine ‘enerji’ denir.

Herkesin alması gereken enerji yaptığı işe göre değişir.


Rüzgar Enerjisinden Yararlanma


Yel değirmenlerini döndürür.
Elektrik enerjisi sağlar.


Yelkenlileri hareket ettirir.


Su Enerjisinden Yararlanma 

Su un değirmenlerinde,
Hidroelektrik santrallerde elektrik üretiminde,
Nehirlerde nakliye işinde ,
Gel-git olayından yararlanıp elektrik üretiminde yararlanılır.
Yakıt harcamaz, ekonomiktir, çevreyi kirletmez.
Katı, Sıvı,Gaz Yakacaklardan yararlanma
Bütün maddelerde yanabilen esas madde karbondur.

Katı Yakacaklardan yararlanma


      
Doğal katı yakacaklar:
Odun,
Linyit,
Taşkömürü ,
Antrasit,
Tezek...
Suni katı yakacaklar:
Odunkömürü,
Kok kömürü,
Briket

Sıvı Yakıtlar


Petrolün damıtılması ile elde edilir.
Benzin.
Mazot.
Gazyağı.
Fuel-oil.

Gaz yakacaklar

Havagazı
Doğalgaz
Petrol gazları
Biyogaz

Güneş Enerjisinden Yararlanma

Güneş ısı ve ışık enerjisi kaynağıdır. Dünyadaki diğer enerjilerin ana kaynağıdır.
Yeşil bitkilerin fotosentez yoluyla besin yapmaları, büyümeleri.

Güneş enerjisiyle olur.


Yeryüzü sularının buharlaşıp havaya karışmasını , havadaki su buharının soğuk bir tabakaya rastlayıp

Yağmur,
Dolu,
Kar.
Şekline dönüşmesini sağlar.

Güneş Enerjisi
Isınmada kullanılır.
Akdeniz ve Ege bölgelerinde birçok binada güneş kolektörleri ile sıcak su elde etmek için kullanılır.
Güneş pilleri yapılır.
Bu piller

Saatlerde,
Hesap makinelerinde kullanılır.

Yenilenebilir Enerji
Kullanıldığında tükenmeyen ve yeniden oluşan enerjiye ‘yenilenebilir enerji’ denir. Yenilenebilir enerji kaynakları;

Güneş enerjisi
Hidroelektrik enerjisi
Rüzgar enerjisi
Dalga enerjisi
Jeotermal enerji
Biyoenerji

(http://www.fenokulu.net/portal/Sayfa.php?Git=KonuKategorileri&Sayfa=KonuBaslikListesi&baslikid=20&KonuID=755)


Sürtünme kuvvetiyle ilgili bir deney:



video



                                                                                       


Enerji ve Sürtünme Kuvveti (Konu Anlatımı)
Enerji ve Sürtünme Kuvveti

Sıranızın üzerine bir madenî para koyunuz ve ona parmağınızla bir itme kuvveti uygulayınız. Para, uyguladığınız itme kuvvetine bağlı olarak belli bir mesafe boyunca hareket edecek ve bir süre sonra yavaşlayarak duracaktır. Sizce, parayı hangi kuvvet durdurmuştur? Parayı aynı kuvvetle buz üzerinde itseydiniz para yine aynı noktada mı dururdu?


Hareket eden bir cisim kuvvetler etkisiyle yavaşlar ya da durabilir. Cisimlerin hareketini azaltan bu kuvvetlerden biri, cisimleri her zaman Dünya’nın merkezine çeken yer çekimi, diğeri de sürtünme kuvvetidir. Sürtünme kuvveti birbirine temas eden iki maddenin harekete karşı gösterdiği dirençten doğan kuvvettir.

Bir bisiklet kullandığımızı düşünelim. Bu bisikleti durdurmak istediğimizde yandaki şekilde görüldüğü gibi direksiyon kolundaki bir çeşit kaldıraç olan fren kolunu
sıkarız. Bunun sonucunda tekerlek her iki yandaki fren lastiklerine sürtünür. Bisiklet önce yavaşlar, sonra da durur.


Arabalarda da yavaşlamak ya da durmak için bisikletlerde olduğu gibi sürtünmeden yararlanılır. Tekerlek, bisikletlerde fren lastiğine, arabalarda ise fren balatasına sürtünerek sürtünme kuvveti denilen bir kuvvetin oluşmasına sebep olur.
Bundan 200 bin yıl önce insanoğlu doğayı anlamakla kalmamış onu kontrol etmeye başlamıştır. Tahtaları ve çakmak taşlarını birbirine sürterek ateş yakmış, buzun  kayganlığından yararlanarak kızaklarla seyahat etmişlerdi. Günümüzden 4000 yıl kadar önce ise cisimleri yağlamayı akıl ederek sürtünmeyi azaltmaya çalışmışlardı.

Peki, sürtünme kuvveti, hareketi her zaman engeller mi? Yandaki fotoğrafta görülen atlet, koşuya daha hızlı başlayabilmek için bir hızlanma bloğu kullanıyor. Yürüdüğümüzde ya da koştuğumuzda ayaklarımızla yer  arasında bir sürtünme kuvveti oluşur. Oluşan bu sürtünme kuvveti bizim ileri doğru hareket etmemizi sağlar.


Önemli Not:                                                                        

*Meteorlar atmosfere içinde hareket ederken atmosfer ile aralarındaki sürtünme nedeni ile ısı enerjisi oluşur. Bu ısı meteorun yanmasına ve küçülmesine sebep olur.
*Sürtünme makine parçalarında ısı ve enerji kaybına yol açarken , vida ile bir cismi sabitlemek için ise gereklidir.

Hiç buzda yürüdünüz mü ya da eliniz yağlıyken bir kavanoz kapağını açmaya çalıştınız mı? Günlük hayatımızdaki birçok hareketin sürtünme kuvveti sayesinde
gerçekleştiğini fark ettiniz mi?                                                                   
Günlük işlerimizde birçok makine kullanırız. Bu makineler iş yaparken enerji harcar. Örneğin, otomobil benzinle, buzdolabı elektrik enerjisiyle çalışır. Fakat bir
makine, kullandığı enerjinin hepsini işe çevirmez, bir kısmını boşa harcar. Sizce, makinelerdeki enerji kaybının sebepleri nelerdir? Avuç içlerinizi birbirine hızla sürttüğünüzde hissettiğiniz sıcaklık, bu sorunun cevabıyla ilgilidir. Sürtünen herşey ısı enerjisi üretir. Bunun yanında aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi ses ve ışık enerjilerine de dönüşebilir. Dönüşen bu enerjiler sürtünme kuvvetinin büyüklüğüne göre az veya çok hissedilir.



Salıncak potansiyel enerjinin kinetik enerjiye, kinetik enerjinin de potansiyel enerjiye karşılıklı olarak dönüşmesi sayesinde sallanır. Ancak bu durum sonsuza kadar devam etmez. Daha önce enerjinin yok olmayacağını öğrenmiştik. Peki, öyleyse;
• Salıncak bir müddet sonra neden durur?
• Hareketin devam etmesi için salıncağı neden itmek zorunda kalırız?
• Belli bir yükseklikten bıraktığımız lastik top, yerden zıpladıktan sonra neden her
seferinde aynı yüksekliğe çıkmaz?

Birbirine sürtünen bütün cisimler enerji kaybeder. Yani enerjilerinin bir kısmını kullanamayacakları biçime dönüştürür. Sizce cisimlerin genellikle kullanamadığı
bu enerji nedir? Sürtünme ne kadar küçük olursa enerji kaybı da o kadar az olur diyebilir miyiz? Yandaki resimde görüldüğü gibi düz yolda hareket ederken motoru duran bir otomobil, sürtünme yüzünden önce giderek yavaşlayacak, bir süre sonra da duracaktır.



 Çünkü otomobilin kinetik enerjisi, sürtünme sonucunda ısı enerjisine dönüşmüştür. Bir enerji, kullanıldığında bir ya da daha fazla biçime dönüşebilir. Bu dönüşümde başlangıçtaki toplam enerji miktarı ile dönüşümden sonraki toplam enerji miktarı birbirine daima eşittir.Bununla birlikte, enerji bir biçimden başka bir biçime dönüşürken bu enerjinin bir kısmı da sürtünme nedeniyle ısı, ışık ve ses enerjilerine dönüşür.

Belli bir yükseklikten bırakılan lastik top, yere çarptıktan sonra her defasında aynı yüksekliğe sıçramaz. Çünkü top her düşüş ve sıçrayışta hem yer hem de hava ile sürtünmekte ve enerji kaybetmektedir. Bir başka deyişle yerin ve havanın sürtünme kuvveti topun hızını kesmektedir. Yapılan hassas ölçümler topun, havanın ve yerin sürtünme kuvveti sebebiyle ısındığını göstermiştir. Topun her defasında aynı yüksekliğe sıçramamasının sebebi  enerjinin azalması değil, enerji dönüşümüdür. Su da cisimlerin hareketini zorlaştırıcı bir sürtünme kuvvetine sebep olur. Bunu azaltmak için gemilerin ön kısımları “V” şeklinde tasarlanır. Hayatımızın her alanında karşımıza çıkan “sürtünme” işlerimizi kimi zaman kolaylaştırırken kimi zaman da zorlaştırmaktadır. Ayağımız ile yer arasındaki sürtünme sayesinde rahatça
yürüyebilmekte, ağaçlara tırmanabilmekte ve engebeleri aşabilmekteyiz. Ulaşım araçlarıyla güvenli bir şekilde yolculuk yapmamız da sürtünme sayesinde gerçekleşmektedir. Tekerleklerin yolu kavraması, frene basıldığında arabanın durması da sürtünmenin faydaları arasındadır. Çevremizi dikkatle incelersek her
yerde sürtünmenin etkisini görebiliriz.


Sürtünmenin yukarıda sıraladığımız faydalarının yanı sıra işlerimizi zorlaştıran ve enerji kaybına yol açan olumsuz yönleri de vardır. Yukarıda da açıkladığımız gibi, tekerleklerin yolu kavraması ve balatalar sayesinde arabaların durdurulabilmesi sürtünmenin faydalarındandır. Ancak bu durum maddi kayıplara yol açmaktadır. Çünkü tekerlekler ve bunları durdurmaya yarayan balatalar sürtünme sebebiyle zamanla aşınır. Asfaltların, makine parçalarının, elbiselerimizin ve koltuk döşemelerinin aşınması sürtünmenin diğer olumsuzlukları olarak sıralanabilir.
(http://www.fenokulu.net/portal/Sayfa.php?Git=KonuKategorileri&Sayfa=KonuBaslikListesi&baslikid=20&KonuID=90)

Farklı yüzeylerde sürtünmenin etkisini ile ilgili bir videoda da görebiliriz:

video





Buradan kuvvetin yaylara etkisini gösteren bir uygulamaya ulaşabilirsiniz:

Uygulamadan bir kare:






Soru ve Cevaplar İle Sürtünme Kuvveti

47.Sürtünme kuvveti nedir?
Birbirine temas eden yüzeyler arasında oluşan kuvvettir.

48.Sürtünme kuvveti sonunda genellikle hangi enerji açığa çıkar?
Isı enerjisi açığa çıkar.

49.Sürtünme kuvveti yararlı mı yoksa zararlı mıdır?
Sürtünme kuvveti olmasaydı deftere yazı yazamaz,yürüyemezdik hayatımız durma noktasına gelirdi. Bu yüzden sürtünme kuvveti önemlidir. Fakat sürtünmenin istenmediği yerlerde vardır. örneğin arabadaki motor parçaları arasında sürtünmenin olması istenmez. Çünkü parçalarda aşınma olur. Yani sürtünme kuvveti bazen faydalı bazen de zararlıdır.
                                                                 
Hazırlayan: Göksel İris
(http://www.fenokulu.net/portal/Sayfa.php?Git=KonuKategorileri&Sayfa=KonuBaslikListesi&baslikid=20&KonuID=1117)


Hiç yorum yok:

Yorum Gönder