Mekanik enerji, fiziğin en temel kavramlarından biridir ve bir cismin hem hareketinden hem de konumundan dolayı sahip olduğu enerjiyi ifade eder. Bu enerji, kinetik ve potansiyel enerjinin toplamıdır.

Mekanik Enerjinin Bileşenleri

1. Kinetik Enerji (Hareket Enerjisi)

• Tanımı: Bir cismin hareketinden dolayı sahip olduğu enerjidir. Hızı olan her cismin kinetik enerjisi vardır. Hız arttıkça kinetik enerji katlanarak artar.
• Örnekler: Koşan bir insan, hareket halindeki bir araba, düşen bir elma.
• Formülü: Kinetik Enerji = (1/2) x kütle x hızın karesi

2. Potansiyel Enerji (Konum Enerjisi)

• Tanımı: Bir cismin konumundan dolayı depoladığı enerjidir. Cisim üzerinde yer çekimine veya esnekliğe karşı bir iş yapıldığında bu enerji depolanır.
• Örnekler:
  • Yer Çekimi Potansiyel Enerjisi: Yüksek bir yerde duran cismin sahip olduğu enerjidir. Bir cisme kaldırma işi yapıldığında bu enerji depolanır.
    • Formülü: Potansiyel Enerji = kütle x yer çekimi ivmesi x yükseklik
  • Esneklik Potansiyel Enerjisi: Sıkıştırılmış veya gerilmiş bir yayın depoladığı enerjidir. Bir yayı sıkıştırmak için harcadığınız enerji, yayın içinde potansiyel enerji olarak birikir.
    • Formülü: Esneklik Enerjisi = (1/2) x yay sabiti x sıkışma veya uzama miktarının karesi

Mekanik Enerjinin Korunumu

Fiziğin en temel yasalarından biri, enerjinin korunumu ilkesidir. Sürtünmenin ve dış kuvvetlerin olmadığı durumlarda, bir cismin kinetik ve potansiyel enerjilerinin toplamı (mekanik enerji) her zaman sabittir. Bu, enerjinin yok olmayıp sadece bir biçimden diğerine dönüştüğü anlamına gelir.

• Örnek: Bir topu havaya attığınızda, ilk başta sahip olduğu kinetik enerji, yükseldikçe potansiyel enerjiye dönüşür ve hızı azalır. En tepe noktada kinetik enerji sıfır olur ve tüm enerji potansiyel enerjiye dönüşür. Top aşağı düşerken ise tam tersi bir dönüşüm gerçekleşir; potansiyel enerjisi kinetik enerjiye dönüşür ve topun hızı artar.

Mekanik Enerji = Kinetik Enerji + Potansiyel Enerji = Sabit

Çözümlü Örnek Test Soruları

1. Soru Kütlesi 2 kg olan bir cisim, yerden 5 metre yükseklikte bulunmaktadır. Yer çekimi 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

---

2. Soru Kütlesi 4 kg olan bir araba, 10 m/s hızla hareket etmektedir. Bu arabanın kinetik enerjisi kaç Joule’dür?

A) 40 B) 100 C) 200 D) 400

Çözüm: Kinetik enerji formülü: Kinetik Enerji = (1/2) x kütle x hızın karesi Değerleri yerine koyarsak: Kinetik Enerji = (1/2) x 4 x (10 x 10) = 2 x 100 = 200 J.

Doğru Cevap: C

---

3. Soru Sürtünmesiz bir ortamda, yerden 20 metre yükseklikten serbest bırakılan bir cisim yere çarptığı anda kinetik enerjisi kaç Joule olur? (Cismin kütlesi 5 kg, g = 10 m/s2).

A) 100 B) 200 C) 500 D) 1000

Çözüm: Enerjinin korunumu ilkesine göre, başlangıçtaki potansiyel enerji, yere çarptığı andaki kinetik enerjiye dönüşür. Başlangıç Potansiyel Enerjisi = kütle x yer çekimi ivmesi x yükseklik Potansiyel Enerji = 5 x 10 x 20 = 1000 J. Yere çarptığı andaki kinetik enerji de 1000 J olacaktır.

Doğru Cevap: D

---

4. Soru Esneklik sabiti 200 N/m olan bir yayı 0.2 metre sıkıştırmak için yayda kaç Joule enerji depolanır?

A) 2 B) 4 C) 8 D) 10

Çözüm: Esneklik potansiyel enerjisi formülü: Esneklik Enerjisi = (1/2) x yay sabiti x sıkışma miktarının karesi Değerleri yerine koyarsak: Esneklik Enerjisi = (1/2) x 200 x (0.2 x 0.2) = 100 x 0.04 = 4 J.

Doğru Cevap: B

---

5. Soru Kütlesi 1 kg olan bir cisim, 2 m/s hızla fırlatıldığında 2 J kinetik enerjiye sahiptir. Bu cismin hızı 4 m/s’ye çıkarılırsa kinetik enerjisi kaç J olur?

A) 4 B) 8 C) 16 D) 32

Çözüm: Kinetik enerji hızın karesiyle doğru orantılıdır. Hız 2 katına çıktığında (2’den 4’e), kinetik enerji 2’nin karesi olan 4 katına çıkar. Yeni kinetik enerji = $4\times 2$ J = 8 J.

Doğru Cevap: B