1. İş (W)

Fiziksel anlamda iş yapmak için bir cisme kuvvet uygulamalı ve cismi bu kuvvet doğrultusunda yer değiştirmeliyiz. Eğer kuvvet uygular ancak cisim hareket etmiyorsa veya hareket kuvvetin yönüne dikse, fiziksel olarak iş yapılmış sayılmaz.

• İş = Kuvvet x Yer Değiştirme
• İşin birimi Joule (J)‘dur.
• İş skaler bir büyüklüktür, yani yönü yoktur.

2. Enerji (E)

Enerji, bir cismin iş yapabilme yeteneğidir. Enerji de iş gibi skaler bir büyüklüktür ve birimi Joule (J)‘dur. Enerji, var edilemez veya yok edilemez; sadece bir türden başka bir türe dönüşebilir.

• Kinetik Enerji: Bir cismin hareketinden dolayı sahip olduğu enerjidir.
  • Formülü: Kinetik Enerji = (1/2) x kütle x hızın karesi
• Potansiyel Enerji: Bir cismin konumundan dolayı sahip olduğu enerjidir.
  • Yer Çekim Potansiyel Enerjisi: Bir cismin yerden yüksekliğinden dolayı sahip olduğu enerjidir.
    • Formülü: Potansiyel Enerji = kütle x yer çekimi ivmesi x yükseklik
  • Esneklik Potansiyel Enerjisi: Bir yayın sıkışması veya gerilmesi sonucunda depoladığı enerjidir.
• Mekanik Enerji: Bir cismin kinetik ve potansiyel enerjilerinin toplamıdır. Eğer sürtünme yoksa mekanik enerji korunur.

Mekanik Enerjinin Korunumu

Sürtünmenin ihmal edildiği ortamlarda, bir cismin kinetik ve potansiyel enerjilerinin toplamı (mekanik enerji) her zaman sabittir. Bu, bir cismin potansiyel enerjisi azaldığında kinetik enerjisinin artması veya tam tersi durumlar için geçerlidir. Örneğin, bir topu yukarı attığınızda, potansiyel enerjisi artarken kinetik enerjisi azalır; aşağı düşerken ise tam tersi olur.

• Mekanik Enerji = Kinetik Enerji + Potansiyel Enerji

3. Güç (P)

Güç, birim zamanda yapılan iş miktarını gösterir. Bir işin ne kadar hızlı yapıldığını belirler.

• Güç = Yapılan İş / Geçen Zaman
• Gücün birimi Watt (W)‘tır.

İş ve Enerji Arasındaki İlişki

• İş, Enerjideki Değişimi Temsil Eder: En temel tanımıyla, yapılan iş, cismin enerjisindeki değişime eşittir. Bir cisme kuvvet uygulayıp onu hareket ettirdiğinizde, aslında o cisme enerji aktarmış olursunuz.
  • Pozitif İş: Eğer kuvvet, cismin hareket yönünde uygulanıyorsa, pozitif iş yapılır ve cismin enerjisi artar. Örneğin, duran bir topa vurduğunuzda, topa kinetik enerji kazandırmış olursunuz.
  • Negatif İş: Eğer kuvvet, hareketin tersi yönde uygulanıyorsa, negatif iş yapılır ve cismin enerjisi azalır. Örneğin, hareketli bir cisme sürtünme kuvveti etki ettiğinde, cismin kinetik enerjisi azalır ve ısı enerjisine dönüşür.
• Enerji, İş Yapabilme Yeteneğidir: Enerji, bir sistemin iş yapabilme kapasitesidir. Depolanmış enerji (potansiyel enerji) veya hareketten kaynaklanan enerji (kinetik enerji), bir işi gerçekleştirmek için kullanılabilir. Örneğin, bir yayı sıkıştırdığınızda esneklik potansiyel enerjisi depolamış olursunuz. Bu yayı serbest bıraktığınızda, depolanan enerji bir cismi fırlatarak iş yapabilir.

Bu ilişkiyi matematiksel olarak şöyle ifade edebiliriz: Yapılan İş (W) = Enerjideki Değişim (ΔE)

İş, Enerji ve Güç Arasındaki İlişki

• Güç, İşin Yapılma Hızıdır: Güç, birim zamanda ne kadar iş yapıldığını gösterir. Yani, aynı miktarda işi daha kısa sürede yapan bir sistemin gücü daha fazladır.
• Güç, Enerji Dönüşüm Hızıdır: Bu bağlamda güç, enerjinin ne kadar hızlı dönüştürüldüğünün de bir ölçüsüdür. Gücü yüksek olan bir motor, aynı miktarda yakıt enerjisini daha kısa sürede hareket enerjisine dönüştürür.

Bu ilişkiyi de matematiksel olarak şöyle özetleyebiliriz: Güç (P) = Yapılan İş (W) / Geçen Zaman (t) veya Güç (P) = Enerjideki Değişim (ΔE) / Geçen Zaman (t)

Özetle:

• Enerji iş yapabilme yeteneğidir.
• İş, enerjideki değişimdir.
• Güç, işin ne kadar hızlı yapıldığının ölçüsüdür.

Çözümlü Örnek Test Soruları

1. Soru Kütlesi 4 kg olan bir cisim, 5 m/s hızla hareket etmektedir. Bu cismin kinetik enerjisi kaç Joule’dür?

A) 10 B) 25 C) 50 D) 100

Çözüm: Kinetik enerji formülü: Kinetik Enerji = (1/2) x kütle x hızın karesi Değerleri yerine koyarsak: Kinetik Enerji = (1/2) x 4 x 5 x 5 = 2 x 25 = 50 J. Doğru Cevap: C

---

2. Soru Bir cisim 200 J işi 5 saniyede yapmaktadır. Bu cismin gücü kaç Watt’tır?

A) 20 B) 40 C) 50 D) 100

Çözüm: Güç formülü: Güç = Yapılan İş / Geçen Zaman Değerleri yerine koyarsak: Güç = 200 J / 5 s = 40 W. Doğru Cevap: B

---

3. Soru Kütlesi 2 kg olan bir cisim, yerden 5 metre yüksekliğe çıkarılıyor. Cismin kazandığı yer çekim potansiyel enerjisi kaç Joule’dür? (g = 10 m/s2).

A) 10 B) 20 C) 50 D) 100

Çözüm: Potansiyel enerji formülü: Potansiyel Enerji = kütle x yer çekimi ivmesi x yükseklik Değerleri yerine koyarsak: Potansiyel Enerji = 2 x 10 x 5 = 100 J. Doğru Cevap: D

---

4. Soru Bir cisim üzerine 40 N’luk bir kuvvet uygulanarak kuvvetin doğrultusunda 2 metre yer değiştiriliyor. Bu durumda yapılan iş kaç Joule’dür?

A) 20 B) 40 C) 60 D) 80

Çözüm: İş formülü: İş = Kuvvet x Yer Değiştirme Değerleri yerine koyarsak: İş = 40 N x 2 m = 80 J. Doğru Cevap: D

---

5. Soru Sürtünmesiz bir ortamda, bir cisim 20 J kinetik enerji ile hareket etmektedir. Cismin hızı 2 katına çıkarılırsa, kinetik enerjisi kaç Joule olur?

A) 40 B) 60 C) 80 D) 100

Çözüm: Kinetik enerji hızın karesiyle orantılıdır. Hız 2 katına çıktığında, kinetik enerji 2’nin karesi olan 4 katına çıkar. Yeni Kinetik Enerji = 4 x 20 J = 80 J. Doğru Cevap: C