Loading

Enerji nedir? Enerji Çeşitleri Nelerdir?

Kinetik, potansiyel ve mekanik enerji üzerine...

Enerji

Merhaba sevgili Bilgeyik okurları, Fizik yazıları serimize devam ediyoruz. Bugün irdeleyeceğimiz konu enerji. İlk önce enerjinin ne olduğundan, sonra sırasıyla çeşitlerinden bahsedeceğiz. 

Enerjinin tanımını yap deseler belki hepimiz zorlanırız, ama çoğumuz biliriz ki; enerji ne yoktan var edilebilir, ne de vardan yok edilebilir. Ne demek bu cümle? Bu cümleyi de inceleyeceğiz elbette, ama ilk önce enerjinin tanımını yapalım.

Enerji, bir cismin iş yapabilme yeteneğidir. Peki iş yapabilmek ne demektir? Tabi ki karşılığında ücret aldığımız işten bahsetmiyoruz😀, fizikte iş yapmak demek cismin enerjisinde değişikliğe yol açmak demektir. Uygulanan kuvvetle mesafenin çarpımıdır. Ama bu genelde mekanikte kullanılan iş formülüdür, daha genel manada yapılan işi enerji değişikliğine eşitlemek daha doğru. Burada dikkat edilmesi gereken bir ayrıntı var, "Yetenek." Enerjiyi sadece iş yapmak ile özdeşleştirmemek gerek. Örnek vererek açıklamak gerekirse; masamı cebimden çıkarıp masaya koymam için biraz enerjiye ihtiyacım var. Eğer ben bu işi yaparsam telefondaki enerji değişikliği kadar enerji harcamış olurum. (Burada hava ile olan sürtünmeden dolayı kaybedilen enerjiyi gözardı ettiğimizin altını çizmek gerek.) Yetenek de burada devreye giriyor, benim telefonu cebimden çıkarıp masaya koyacak kadar enerjim var, o işi yapacak "yeteneğe" sahibim.

Enerjinin ne olduğundan bahsettiğimize göre artık enerji türlerini idreleyebiliriz.

Kinetik enerji

Hareket halinde olan tüm cisimlerin hareketlerinden kaynaklanan enerjilerini "Kinetik Enerji" adı verilir. Cismin kütlesiyle ve hızının karesiyle doğru orantılıdır. Formülü aşağıdaki gibidir. 

E = (0.5) * m * v2

 

 

Başındaki 0,5 ifadesinin nereden geldiğini ispatlamak için güçlü matematik ve fizik bilgisine ihtiyaç var ancak onun yeri de burası değil. Ama yine de ispat isteyenler için küçük çaplı bir ispat yapabiliriz.

Farz edelim ki v0 hızında hareket eden bir cismimiz var. Bu cisme t süre boyunca F kuvvetini hareket doğrultusunda uyguladık. t süre sonunda kuvvetimizi uygulamayı kestik. Cismin son hızını ise volarak kabul edelim. Yukarıda da bahsetmiştik, cisme aktardığımız enerji, yani yaptığımız iş uyguladığımız kuvvetle yolun çarpımıydı. Buraya kadar olan kısmı matematikle göstermek gerekiyor.

F.x = yapılan iş = enerji değişimi

Mekanikte F'in, yani kuvvetin de kütle ile ivmenin çarpımı olduğunu biliyoruz. Bilmeyenler buradan bilgi sahibi olabilirler. O zaman bizi şöyle bir tablo karşılıyor:

m.a.x = yapılan iş = enerji değişimi

İvmenin de yine mekanikten hız değişimi bölü zaman olduğunu biliyoruz. O zaman:

m.x. [Son hız - İlk hız  / zaman] = enerji değişimi

Yine mekanikten biliyoruz ki, aldığımız yol hızımız ile zamanımızın çarpımıdır. Burada sabir bir hıza sahip olmadığımız için ortalama hız kullanmak zorundayız. O da son hızdan ilk hızı çıkarıp ikiye bölerek mümkün oluyor.

m. [Son hız - İlk hız  / zaman]. [Son hız - İlk hız  / 2]. zaman = enerji değişimi

Yukarıda da görebileceğiniz gibi, zaman bir yerde bölme bir yerde çarpma işlemi olarak kullanıldı, eh o zaman zamana güle güle diyebiliriz. Formül şu hale geldi:

m. [Son hız - İlk hız].  [Son hız - İlk hız  / 2]

Yukarıdaki ifadenin tanıdık gelmiş olması gerekiyor 😄 

Potansiyel enerji

Cismin yerden yüksekliği sebebiyle sahip olduğu enerjiye "Potansiyel Enerji" adı verilir. Aslında yerden yüksekliği değil de, yerçekimi kuvveti sebebiyle sahip olduğu enerji demek daha doğru. Cismin bulunduğu yerdeki çekim ivmesi, kütlesi ve yüksekliği ile doğru orantılıdır. Yani:

E = m.g.h

Enerji çeşitleri daha fazladır, örnek vermek gerekirse durgun haldeki kütlelerin enerjisini ünlü E=m.cile buluyoruz. Veya ısı enerjisi de örnek verilebilir. Isı enerjisi hakkında bilgi sahibi olmak için bu yazıya bakabilirsiniz. Ama biz şimdilik bu iki enerji çeşidiyle ilgileneceğiz.

Esneklik potansiyel enerji

Genelde esnek cisimlerin enerjisidir. Biz yay örneğinden gideceğiz. Bu cisimlerin barındırdığı potansiyel enerji türü esneklik potansitel enerjisidir. 

Yukarıdaki fotoğrafta gördüğümüz gibi, sabit duran yaya bastırdığımızda veya da yayı çektiğimizde bir enerji kaybetmiş ve sisteme bir enerji kazandırmış oluruz. Bu enerji yayda depolanır. Mesela bir yayı sıkıştırdığımızı farz edelim, sıkıştırmak için harcadığımız enerji kadar enerji yayda depolanır, yayı serbest bıraktığımızda, yani kuvvet uygulamayı kestiğimizde depolanan enerji kadar enerjiyle elimiz itilmiş olur. Formülü verdikten sonra açıklayalım.

E = 0,5.k.x

k burada her yaydan yaya değişen yay sabitidir. Yayı bir birim ileri veya geri çekmek için uygulanması gereken kuvveti gösterir. Yaya uyguladığımız kuvvetin sıkışma veya gerilme uzunluğuna bölünmesiyle bulunabilir. 

x ise yayın sıkışma veya gerilme uzunluğudur.

Mekanik enerji

Bir de mekanik enerji diye bir kavramımız var. Mekanik enerji cismin konumundan dolayı sahip olduğu potansiyel ve hareketinden dolayı sahip olduğu kinetik enerjisinin toplamıdır. Aşağıda bahsedeceğimiz enerji dönüşümlerinde mekanik enerji hiç değişmeyecek. Çünkü mekanik enerji sisteme bir kuvvet etki etmediği sürece değişmez. 

Enerji yok edilemez, var iken de yok edilemez! Enerjinin dönüşümü

Enerjinin varken yok, yokken de var edilemeyeceğini çoğumuz biliyoruzdur. Kütle gibi aslında, varken yok yok iken de var edilemiyor. Yoktan bir enerji var etmek bizim evrenimizde mümkün gözükmüyor. Aynı şekilde var olan enerjiyi de yok etmek. Peki ya, yukarıda da verdiğimiz bir örnek vardı, telefonu cebimizden çıkarıp masaya koymuştuk, orada enerji kaybettiğimizi söylemiştik, e nasıl? Şöyle ki, orada da söylediğimiz gibi "kaybettiğimizi" söyledik, yok ettiğimizi değil. Kendi enerjimizi telefona aktardık. Enerji asla yok edilemez, sadece form değiştirir. Bu değişimleri kavramak için birkaç örneğe değinmek gerek.

Yukarıdan yere bıraktığımız top

Diyelim ki yerde sabit bir şekilde duran bir top var. Sabit şekilde duran topun sabit olmasından dolayı kinetik enerjisi yoktur, yerde olmasından dolayı da potansiyel enerjisi. Peki ya cismi yukarı kaldırırsak ne olur? İş yapmış oluruz, biz enerji kaybetmiş, kaybettiğimiz enerjiyi de cisme aktarmış oluruz. Topu belirli bir yüksekliğe çıkardık, elimizde hareketsiz bir şekilde tutuyoruz. İlk olarak şunu belirtmeliyim ki her an enerji harcamaya devam ederiz, çünkü topu yerçekimi çekecektir. Biz burada yer çekimine karşı iş yapmış oluyoruz. 

Topu yere bıraktığımız zaman cismin potansiyel enerjisi kinetik enerjisine dönüşmeye başlar. Gittikçe bu dönüşüm hızlanır ve sonunda cisimde yerden yükseklik sebebiyle hiçbir potansiyel enerji kalmaz. Hepsi kinetik enerjiye dönüşmeye başlamıştır.

Salıncak örneği

 

Yukarıda salıncakta sallanan birini görüyoruz. Salıncakta sallanırken (Sürtünmelerden dolayı kaybettiğimiz enerjiyi gözardı edersek) enerji dönüşümünü çok net görebiliriz. Sallanan kişi (yönü önemli değil) yükselmeye başladığı zaman hızı yavaşlar, çünkü kinetik enerjisi potansiyel enerjiye dönüşür, ve potansiyel enerjinin maksimum olduğu noktada, yani çıkabileceği en yüksek noktada kinetik enerji biter, cisim bir anlığına hareketsiz kalır. O andan sonra cisim hızlanmaya başlar, yani kinetik enerjisi artmaya başlar. E doğal olarak da potansiyel enerji azalmaya başlar, salıncakta sallanan kişinin hızının maksimum olduğu yer de potansiyel enerjisinin minumum olduğu yer, yani yere en yakın olduğu an diyebiliriz.

Not: Yukarıda verilen bütün örneklerde gerçek hayattaki sürtünmeden kaynaklanan ve canlılığın getirdiği bazı değişkenler gözardı edilmiştir. 

 

Emircan Tepe
Redaktör

Dokuz Eylül Bilgisayar Mühendisliği öğrencisi; Fizik ve Biyolojiye meraklı bilimsever. Matematiği zevkli olduğu için; Tarihi geçmişi bilmek, günceli yorumlamak ve hatalardan ders çıkarmak için; Felsefeyi yaşayışını belirlemek, hayatını temellendirmek için öğrenmeye çalışan aranızdan biri.


Yorum Yap

E-Posta adresiniz yayınlanmayacaktır.

ya da üye olmadan yorum yap ve onaylanmasını bekle.
ÜST