Konu anlatımı
Hareket eden bir top camı kırabilir, yüksekteki bir saksı düşerse zarar verebilir, gerilmiş bir lastik bir taşı fırlatabilir. Bu alt başlıkta bu olaylardaki enerji türlerini, neye bağlı olduklarını ve mekanik enerji kavramını göreceksin. TYT'de bu enerjiler hesaplatılmaz; değişkenler arasındaki ilişkiler yorumlanır.
Öteleme kinetik enerjisi
Hareket eden bir cismin hareketinden dolayı sahip olduğu enerjiye öteleme kinetik enerjisi denir. Matematiksel modeli Ek = ½·m·v²'dir: kinetik enerji cismin kütlesine ve süratine bağlıdır. Kütlesi ya da sürati büyük olan cismin kinetik enerjisi büyüktür; sürat bağıntıda karesiyle yer aldığı için süratteki artış kinetik enerjiyi hızla büyütür. Duran bir cismin kinetik enerjisi sıfırdır ve kinetik enerji hiçbir zaman negatif olamaz.
Yer çekimi potansiyel enerjisi
Bir cismin yer çekimi alanındaki konumundan dolayı sahip olduğu enerjiye yer çekimi potansiyel enerjisi denir. Modeli Ep = m·g·h'dir: cismin kütlesine, yer çekimi ivmesine ve seçilen referans düzeyinden yüksekliğine bağlıdır. Referans düzeyi çoğunlukla yer seçilir ve bu düzeydeki cismin potansiyel enerjisi sıfır kabul edilir. Aynı yükseklikteki iki cisimden kütlesi büyük olanın, aynı kütleli iki cisimden daha yüksekte olanın potansiyel enerjisi büyüktür.
Esneklik potansiyel enerjisi
Sıkıştırılmış ya da gerilmiş bir yayda depolanan enerjiye esneklik potansiyel enerjisi denir. Tek bir yay için modeli ½·k·x²'dir; k yay sabiti, x yaydaki sıkışma ya da uzama miktarıdır. Daha sert bir yay (yay sabiti büyük olan) ya da daha çok sıkıştırılmış veya gerilmiş bir yay daha çok enerji depolar. Okçunun gerdiği yay, kurmalı oyuncaklar ve trambolin bu enerjiden yararlanır.
Mekanik enerji
Bir cismin kinetik enerjisi ile potansiyel enerjilerinin toplamına mekanik enerji denir. Belli bir yükseklikte uçan bir kuşun hem kinetik hem potansiyel enerjisi vardır. Mekanik enerji, sürtünme ve hava direnci gibi etkiler yoksa korunur; bu etkiler varsa bir kısmı ısıya dönüşerek azalır.
Çözümlü örnekler
Örnek 1. K ve L cisimleri aynı süratle gidiyor ve L'nin kütlesi K'ninkinden büyük. M cismi K ile aynı kütlede, ama K'den daha hızlı gidiyor. K, L ve M'nin kinetik enerjilerini karşılaştırınız.
Çözüm. Ek = ½·m·v² bağıntısına göre aynı süratte kütlesi büyük olanın kinetik enerjisi büyüktür; L'ninki K'ninkinden büyüktür. Aynı kütlede sürati büyük olanın kinetik enerjisi büyüktür; M'ninki de K'ninkinden büyüktür. L ile M'yi karşılaştırmak için kütlelerin ve süratlerin değerleri gerekir; verilen bilgilerle yalnızca K'nin kinetik enerjisinin en küçük olduğu söylenebilir.
Örnek 2. Yerden aynı yükseklikteki bir rafta kütleleri farklı iki saksı, daha yüksekteki bir rafta da üçüncü bir saksı duruyor. Yer referans düzeyi seçilirse potansiyel enerjileri için ne söylenebilir? Referans düzeyi alt raf seçilirse ne değişir?
Çözüm. Ep = m·g·h bağıntısına göre aynı yükseklikteki iki saksıdan kütlesi büyük olanın potansiyel enerjisi büyüktür. Üst raftaki saksı için hem kütle hem yükseklik önemlidir; kütleler bilinmeden onu öbürleriyle kesin olarak karşılaştıramazsın. Referans düzeyi alt raf seçilirse alt raftaki saksıların potansiyel enerjisi sıfır olur; üst raftaki saksınınki ise iki raf arasındaki yükseklikle belirlenir. Potansiyel enerjinin değeri seçilen referans düzeyine bağlıdır.
Sık yapılan hatalar
- Kinetik enerjinin negatif olabileceğini sanmak.
- Potansiyel enerjinin değerini referans düzeyinden bağımsız sanmak.
- Kinetik enerjinin hızın yönüne bağlı olduğunu düşünmek; kinetik enerji skalerdir ve süratin büyüklüğüne bağlıdır.
- Ek = ½·m·v²: kütle ve sürat arttıkça artar.
- Ep = m·g·h: kütle ve referans düzeyinden yükseklik arttıkça artar.
- Esneklik potansiyel enerjisi ½·k·x²'dir; mekanik enerji kinetik ve potansiyel enerjinin toplamıdır.