Konu anlatımı
Enerji kaybolmaz, yalnızca biçim değiştirir. Bu alt başlıkta enerjinin korunumunu, sürtünmenin mekanik enerjiye etkisini, eğik düzlemde ve sarkaçta enerji dönüşümlerini ve canlıların besinlerden aldığı enerjiyi nasıl kullandığını nitel olarak göreceksin.
Toplam enerji korunur
Enerji yoktan var edilemez, var olan enerji de yok edilemez; yalnızca bir biçimden başka bir biçime dönüşür. Mekanik, ısı, ışık, ses, elektrik ve kimyasal enerji birbirine dönüşebilir: bir hidroelektrik santralde suyun potansiyel enerjisi önce kinetik enerjiye, sonra elektrik enerjisine; bir lambada elektrik enerjisi ışık ve ısıya dönüşür. Hangi dönüşüm olursa olsun toplam enerji değişmez. TYT'de enerji dönüşümleri hesaplatılmaz; hangi enerjinin artıp hangisinin azaldığı yorumlanır.
Sürtünmesiz ve sürtünmeli ortam
Sürtünme ve hava direnci yoksa mekanik enerji korunur. Belli bir yükseklikten serbest bırakılan bir cisim düşerken potansiyel enerjisi azalır, kinetik enerjisi aynı miktarda artar; ideal bir sarkaçta en alt noktada kinetik enerji, en uç noktalarda potansiyel enerji en büyüktür. Sürtünme varsa mekanik enerjinin bir kısmı ısıya dönüşür ve mekanik enerji azalır; bu yüzden enerjinin tamamı hedeflenen biçime dönüştürülemez. Gerçek bir sarkacın salınımları giderek küçülür, ama ortaya çıkan ısıyla birlikte toplam enerji yine korunur.
Eğik düzlemde dönüşüm
Sürtünmeli bir eğik düzlemde aşağı kayan bir cismin potansiyel enerjisi azalır; bu azalmanın bir kısmı kinetik enerjiye, bir kısmı ısıya dönüşür. Cisim sabit süratle kayıyorsa kinetik enerjisi değişmez ve potansiyel enerjideki azalmanın tamamı ısıya dönüşür. Eğik düzlemde kayarak yukarı çıkan bir cisim yavaşlar; kinetik enerjisinin bir kısmı potansiyel enerjiye, bir kısmı ısıya dönüşür. Sürtünmeli yüzeyde her durumda mekanik enerji azalır.
Canlılarda enerji
Canlılar besinlerdeki kimyasal enerjiyi vücut ısısını korumak, kalbin ve solunumun çalışması, kasların kasılması ve büyüme için kullanır. Besinlerin enerji değeri kalori ile de ifade edilir; 1 kalori yaklaşık 4,18 J'dür ve besin etiketlerindeki değerler kilokalori cinsindendir. Canlılar fiziksel anlamda iş yapmadan da enerji harcar: uyurken bile kalp çalışır ve vücut ısısı korunur. Besinlerle alınan enerji harcanandan fazlaysa fazlası vücutta depolanır.
Çözümlü örnekler
Örnek 1. Sürtünmeli bir eğik düzlemde aşağı doğru sabit süratle kayan bir cismin kinetik, potansiyel ve mekanik enerjisi nasıl değişir? Ortaya çıkan ısı nereden gelir?
Çözüm. Sürat sabit olduğu için kinetik enerji değişmez. Cisim alçaldığı için yer çekimi potansiyel enerjisi azalır; dolayısıyla mekanik enerji de azalır. Potansiyel enerjideki azalmanın tamamı sürtünme yüzünden ısıya dönüşür; cisim ve yüzey bir miktar ısınır. Toplam enerji korunmuştur, yalnızca mekanik enerjinin bir kısmı ısı enerjisine dönüşmüştür.
Örnek 2. Bir çocuk, sürtünmesi önemsenmeyecek kadar az olan bir kaydırağın tepesinden kaymaya başlıyor; kaydırağın sonunda yatay ve pürüzlü bir zemine geçip bir süre sonra duruyor. Bu süreçteki enerji dönüşümlerini açıklayınız.
Çözüm. Kaydıraktan inerken potansiyel enerji azalır, kinetik enerji artar; sürtünme önemsiz olduğu için mekanik enerji yaklaşık olarak korunur. Pürüzlü yatay zeminde yükseklik değişmediği için potansiyel enerji sabittir; sürtünme çocuğu yavaşlatır ve kinetik enerji giderek ısıya, bir miktar da sese dönüşür. Çocuk durduğunda başlangıçtaki potansiyel enerji, ısı ve ses olarak çevreye aktarılmıştır.
Sık yapılan hatalar
- Sürtünmeli ortamda enerjinin yok olduğunu sanmak; mekanik enerji ısıya dönüşür, toplam enerji korunur.
- Sabit süratle kayan cisimde mekanik enerjinin korunduğunu düşünmek; potansiyel enerji azaldığı için mekanik enerji de azalır.
- Fiziksel anlamda iş yapmayan bir canlının enerji harcamadığını sanmak.
- Enerji yoktan var olmaz, yok olmaz; yalnızca biçim değiştirir.
- Sürtünme yoksa mekanik enerji korunur; varsa bir kısmı ısıya dönüşür.
- Canlılar besinlerin kimyasal enerjisini kullanır ve iş yapmadan da enerji harcar.