🎓 10. Sınıf
📚 10. Sınıf Fizik
💡 10. Sınıf Fizik: İş, Enerji ve Güç İlişkisi Çözümlü Örnekler
10. Sınıf Fizik: İş, Enerji ve Güç İlişkisi Çözümlü Örnekler
Örnek 1:
Bir öğrenci, 50 N büyüklüğündeki bir kutuyu yatay düzlemde 10 metre itiyor. Bu itme sırasında öğrencinin yaptığı iş ne kadardır? 💡
Çözüm:
- İşin Tanımı: Fizikte iş, bir cisme uygulanan kuvvet ile cismin kuvvet doğrultusunda aldığı yolun çarpımıdır.
- Formül: İş (W) = Kuvvet (F) × Yol (x)
- Verilenler:
- Kuvvet (F) = 50 N
- Yol (x) = 10 m
- Hesaplama:
- W = 50 N × 10 m
- W = 500 N⋅m
- W = 500 Joule (J)
- Sonuç: Öğrencinin yaptığı iş 500 Joule'dür. ✅
Örnek 2:
2000 J'luk bir iş, 5 saniye sürede yapılıyor. Bu işi yapan sistemin gücü kaç Watt'tır? 🤔
Çözüm:
- Gücün Tanımı: Güç, birim zamanda yapılan iştir.
- Formül: Güç (P) = İş (W) / Zaman (t)
- Verilenler:
- İş (W) = 2000 J
- Zaman (t) = 5 s
- Hesaplama:
- P = 2000 J / 5 s
- P = 400 J/s
- P = 400 Watt (W)
- Sonuç: Sistemin gücü 400 Watt'tır. 👉
Örnek 3:
Sürtünmesiz yatay bir yolda durmakta olan 2 kg kütleli bir cisme, 10 N büyüklüğünde yatay bir kuvvet 4 saniye boyunca uygulanıyor. Cismin kazandığı kinetik enerjisi ne kadardır? (İpucu: İş-Enerji Teoremi) 🚀
Çözüm:
- İş-Enerji Teoremi: Bir cisme etki eden net kuvvetin yaptığı iş, cismin kinetik enerjisindeki değişimine eşittir.
- İşin Hesaplanması:
- Kuvvet (F) = 10 N
- Yol (x) = ? (Önce bunu bulmalıyız)
- Cisim düzgün hızlanan hareket yapar.
- İlk hız (v₀) = 0 (durmakta olduğu için)
- İvme (a) = F / m = 10 N / 2 kg = 5 m/s²
- Yol (x) = v₀t + ½at² = 0×4 + ½×5×(4)² = ½×5×16 = 40 m
- Yapılan İş (W) = F × x = 10 N × 40 m = 400 J
- İş-Enerji Teoremi Uygulaması:
- Yapılan İş (W) = Kinetik Enerji Değişimi (ΔE_k)
- ΔE_k = E_k_son - E_k_ilk
- E_k_ilk = ½mv₀² = ½×2×0² = 0 J
- W = E_k_son - 0
- E_k_son = 400 J
- Sonuç: Cismin kazandığı kinetik enerji 400 Joule'dür. 🌟
Örnek 4:
Bir inşaat işçisi, 150 kg'lık bir çimento torbasını yerden 5 metre yukarıya sabit hızla çıkarıyor. Bu işlemi 30 saniyede tamamlıyor. (Yerçekimi ivmesini g = 10 m/s² alınız.)
a) İşçinin torbaya uyguladığı kuvvet ne kadardır?
b) İşçinin yaptığı iş ne kadardır?
c) İşçinin gücü kaç Watt'tır? 🏗️
a) İşçinin torbaya uyguladığı kuvvet ne kadardır?
b) İşçinin yaptığı iş ne kadardır?
c) İşçinin gücü kaç Watt'tır? 🏗️
Çözüm:
- Sabit Hızın Anlamı: Sabit hızla hareket eden cisme etki eden net kuvvet sıfırdır. Bu durumda işçinin uyguladığı kuvvet, torbanın ağırlığına eşittir.
- a) Kuvvetin Hesaplanması:
- Kütle (m) = 150 kg
- Yerçekimi ivmesi (g) = 10 m/s²
- Ağırlık (F_ağırlık) = m × g = 150 kg × 10 m/s² = 1500 N
- İşçinin uyguladığı kuvvet (F_işçi) = F_ağırlık = 1500 N
- b) İşin Hesaplanması:
- Kuvvet (F_işçi) = 1500 N
- Yol (h) = 5 m
- Yapılan İş (W) = F_işçi × h = 1500 N × 5 m = 7500 J
- c) Gücün Hesaplanması:
- İş (W) = 7500 J
- Zaman (t) = 30 s
- Güç (P) = W / t = 7500 J / 30 s = 250 J/s = 250 W
- Sonuç:
- a) İşçinin uyguladığı kuvvet 1500 N'dur.
- b) İşçinin yaptığı iş 7500 Joule'dur.
- c) İşçinin gücü 250 Watt'tır. ✅
Örnek 5:
Bir bisikletli, düz bir yolda 100 N'luk bir kuvvetle bisikletini 500 metre sürüyor. Bu sırada bisikletlinin harcadığı enerji (yaptığı iş) ne kadardır? Bisikletlinin ortalama gücü 200 Watt ise, bu işi ne kadar sürede yapmıştır? 🚴♀️
Çözüm:
- a) Harcanan Enerjinin (İşin) Hesaplanması:
- Kuvvet (F) = 100 N
- Yol (x) = 500 m
- Yapılan İş (W) = F × x = 100 N × 500 m = 50000 J
- Harcadığı enerji de yapılan işe eşittir: 50000 Joule.
- b) Sürenin Hesaplanması:
- İş (W) = 50000 J
- Güç (P) = 200 W
- Formül: P = W / t => t = W / P
- t = 50000 J / 200 W = 250 s
- Sonuç:
- Bisikletlinin harcadığı enerji 50000 Joule'dur.
- Bu işi 250 saniyede yapmıştır. ⏱️
Örnek 6:
5 kg kütleli bir cisim, 20 m/s hızla hareket etmektedir. Bu cisme zıt yönde 50 N'luk bir kuvvet, cismin hareket yönünde 10 metre yol alana kadar uygulanıyor. Cismin son kinetik enerjisi ne olur? (Sürtünmeler ihmal edilmiştir.) 💥
Çözüm:
- İlk Kinetik Enerjinin Hesaplanması:
- Kütle (m) = 5 kg
- İlk hız (v₀) = 20 m/s
- İlk Kinetik Enerji (E_k_ilk) = ½mv₀² = ½ × 5 kg × (20 m/s)² = ½ × 5 × 400 = 1000 J
- Uygulanan Kuvvetin Yaptığı İşin Hesaplanması:
- Kuvvet (F) = 50 N
- Yol (x) = 10 m
- Kuvvet, cismin hareket yönünün zıttı yönde olduğu için yaptığı iş negatiftir.
- Yapılan İş (W) = -F × x = -50 N × 10 m = -500 J
- İş-Enerji Teoremi Uygulaması:
- Yapılan Net İş = Kinetik Enerji Değişimi (ΔE_k)
- W_net = E_k_son - E_k_ilk
- Burada net iş, uygulanan kuvvetin yaptığı iştir (sürtünme olmadığı için).
- -500 J = E_k_son - 1000 J
- E_k_son = 1000 J - 500 J = 500 J
- Sonuç: Cismin son kinetik enerjisi 500 Joule olur. 📉
Örnek 7:
Bir makara sistemi, 200 J'luk yükü 10 metre yukarıya 5 saniyede çıkarabiliyor. Bu sistemin ortalama gücü kaç Watt'tır? ⚙️
Çözüm:
- İşin Tanımı: Makara sisteminin yaptığı iş, yükü kaldırmak için gereken iştir.
- Verilenler:
- Yapılan İş (W) = 200 J
- Zaman (t) = 5 s
- Gücün Hesaplanması:
- Güç (P) = İş (W) / Zaman (t)
- P = 200 J / 5 s
- P = 40 J/s
- P = 40 Watt (W)
- Sonuç: Makara sisteminin ortalama gücü 40 Watt'tır. ⚡
Örnek 8:
Bir sporcu, 60 kg'lık bir ağırlığı kaldırarak 1.5 metre yükseliyor. Bu hareketi 2 saniyede tamamlıyor. (g = 10 m/s²)
a) Sporcunun ağırlığına karşı yaptığı iş ne kadardır?
b) Sporcunun gücü kaç Watt'tır? 💪
a) Sporcunun ağırlığına karşı yaptığı iş ne kadardır?
b) Sporcunun gücü kaç Watt'tır? 💪
Çözüm:
- a) Yapılan İşin Hesaplanması:
- Kütle (m) = 60 kg
- Yerçekimi ivmesi (g) = 10 m/s²
- Yükseklik (h) = 1.5 m
- Sporcunun kaldırdığı ağırlığın ağırlığı (F_ağırlık) = m × g = 60 kg × 10 m/s² = 600 N
- Sporcunun yaptığı iş (W) = F_ağırlık × h = 600 N × 1.5 m = 900 J
- b) Gücün Hesaplanması:
- İş (W) = 900 J
- Zaman (t) = 2 s
- Güç (P) = W / t = 900 J / 2 s = 450 J/s = 450 W
- Sonuç:
- a) Sporcunun ağırlığa karşı yaptığı iş 900 Joule'dur.
- b) Sporcunun gücü 450 Watt'tır. 🏆
Daha Fazla Soru ve İçerik İçin QR Kodu Okutun
https://www.eokultv.com/atolye/10-sinif-fizik-is-enerji-ve-guc-iliskisi/sorular