💡 10. Sınıf Fizik: İş, enerji ve güç kavramı Çözümlü Örnekler

Fizikte iş kavramı, bir kuvvetin bir cisme kendi doğrultusunda yol aldırmasıdır. Çözüm adımları şu şekildedir:

• Verilenleri Belirleyelim: Uygulanan kuvvet \( F = 25 \) N, alınan yol \( x = 8 \) m.
• Formülü Uygulayalım: Yapılan iş (W) formülü şöyledir:
  \[ W = F \cdot x \]
• Hesaplama:
  \[ W = 25 \cdot 8 \]
  \[ W = 200 \] J

✅ Sonuç olarak, kuvvetin yaptığı iş 200 Joule olarak bulunur.

Bir cismi belirli bir yüksekliğe çıkarmak için yer çekimi kuvvetine karşı iş yapılması gerekir. Bu iş, cismin kazandığı potansiyel enerjiye eşittir.

• Verilenleri Belirleyelim: Kütle \( m = 4 \) kg, yükseklik \( h = 5 \) m, yer çekimi ivmesi \( g = 10 \) m/s².
• Potansiyel Enerji Formülü: Yer çekimine karşı yapılan iş (W):
  \[ W = m \cdot g \cdot h \]
• Hesaplama:
  \[ W = 4 \cdot 10 \cdot 5 \]
  \[ W = 200 \] J

💡 Not: Yapılan bu iş, saksıda potansiyel enerji olarak depolanır.

Hareket halindeki cisimlerin sahip olduğu enerjiye kinetik enerji denir. Çözüm için şu adımları izleriz:

• Verilenleri Belirleyelim: Kütle \( m = 2 \) kg, sürat \( v = 6 \) m/s.
• Kinetik Enerji Formülü:
  \[ E = \frac{1}{2} \cdot m \cdot v^2 \]
• Hesaplama:
  \[ E = \frac{1}{2} \cdot 2 \cdot 6^2 \]
  \[ E = 1 \cdot 36 \]
  \[ E = 36 \] J

✅ Arabanın kinetik enerjisi 36 Joule olarak hesaplanır.

Güç, birim zamanda yapılan iş miktarıdır. Adım adım hesaplayalım:

• Önce Yapılan İşi Bulalım:
  \[ W = F \cdot x \]
  \[ W = 4000 \cdot 20 = 80000 \] J
• Gücü Hesaplayalım: Güç (P) formülü:
  \[ P = \frac{W}{t} \]
• Hesaplama:
  \[ P = \frac{80000}{10} \]
  \[ P = 8000 \] W

👉 Bu motorun gücü 8000 Watt (veya 8 kW) değerindedir.

Enerjinin korunumu yasasına göre, sürtünmesiz bir ortamda başlangıçtaki toplam enerji, son durumdaki toplam enerjiye eşittir.

• Başlangıçtaki Potansiyel Enerji:
  \[ E = m \cdot g \cdot h \]
  \[ E = 30 \cdot 10 \cdot 2 = 600 \] J
• Enerji Dönüşümü: Çocuk tepede durduğu için başlangıçta kinetik enerjisi sıfırdır. Yere ulaştığında ise tüm potansiyel enerjisi kinetik enerjiye dönüşür.
• Sonuç:
  Yer seviyesindeki kinetik enerji = Başlangıçtaki potansiyel enerji
  \[ E = 600 \] J

✅ Çocuğun yere ulaştığı andaki kinetik enerjisi 600 Joule olur.

Net kuvvetin yaptığı iş, cismin kazandığı net enerjiyi belirler.

• Net Kuvveti Bulalım:
  Net Kuvvet = Uygulanan Kuvvet - Sürtünme Kuvveti
  \[ F = 50 - 10 = 40 \] N
• Net İşi Hesaplayalım:
  \[ W = F \cdot x \]
  \[ W = 40 \cdot 5 \]
  \[ W = 200 \] J

📌 Bilgi: Uygulanan kuvvet \( 250 \) J iş yaparken, bunun \( 50 \) J'lük kısmı sürtünme nedeniyle ısıya dönüşmüştür.

Verim, bir sistemden alınan faydalı enerjinin, sisteme verilen toplam enerjiye oranıdır.

• Verilenleri Belirleyelim: Alınan (faydalı) iş = \( 800 \) J, Verilen (toplam) enerji = \( 1000 \) J.
• Verim Formülü:
  Verim = \( \frac{a}{b} \cdot 100 \) (Burada a: alınan iş, b: verilen enerji)
• Hesaplama:
  Verim = \( \frac{800}{1000} \cdot 100 \)
  Verim = \( 0.8 \cdot 100 \)
  Verim = 80 %

✅ Bu motorun verimi %80'dir. Geri kalan %20'lik enerji ısı ve ses gibi istenmeyen formlara dönüşmüştür.

Elektrik faturalarında kullanılan enerji birimi genellikle kWh (kilowatt-saat) cinsindendir.

• Günlük Enerji Tüketimi:
  Gücü kilowatt'a çevirelim: \( 2000 \) W = \( 2 \) kW.
  Enerji (E) = Güç (P) \(\cdot\) Zaman (t)
  \[ E = 2 \cdot 0.5 = 1 \] kWh (Günlük)
• Aylık Toplam Tüketim:
  Ayda 30 gün olduğu varsayılırsa:
  \[ E = 1 \cdot 30 = 30 \] kWh

✅ Süpürge bir ayda toplam 30 kWh enerji harcar.