PAFTA 03 · FİZİK · 10. SINIF İŞ · ENERJİ · GÜÇ
SAHA NOTLARI

İş, enerji ve güç
şantiye defteri

Bahçe düzenleme, inşaat ve taşımacılıktan üç sahadan gözlemler; her birinde iş, enerji ve güç kavramlarına ilişkin bir çıkarım.

3 saha
ÖLÇEK — GÜNLÜK HAYAT : FİZİK
1 : 1
İş (W)
W = F·d·cosθ

Bir kuvvetin, yer değiştirmenin kendi doğrultusundaki bileşeni boyunca yaptığı etki. Kuvvet varsa ama yer değiştirme yoksa, ya da kuvvet harekete diktir, iş sıfırdır.

Enerji (E)
Ep=mgh · Ek=½mv²

Yapılan işin cisimde bıraktığı iz. Bir formdan diğerine dönüşür (potansiyelden kinetiğe, kinetikten ısıya) ama toplam miktar korunur.

Güç (P)
P = W / t

Aynı işin ne kadar hızlı yapıldığının ölçüsü. İki sistem aynı işi yapabilir; farklı kılan, bunu yapma süresidir.

SAHA 01 — BAHÇE DÜZENLEME

El arabasıyla toprak taşıma

Dolu bir el arabası, rampa üzerinden yükseltilmiş bir çiçek yatağına itiliyor. Uygulanan kuvvet yer değiştirme yönüyle aynı olduğunda tam iş yapılır; aynı yükü düz ve yatay zeminde sabit hızla sürüklemekse — sürtünme ihmal edilirse — yer çekimine karşı iş gerektirmez, çünkü yükseklik değişmez.

Örnek: Aynı toprağı düz zeminde taşımakla, 40 cm yüksekliğe kaldırmak arasındaki fark, yalnızca kazanılan potansiyel enerjidir (mgh).
ÇIKARIM İş, kuvvetin büyüklüğü kadar yer değiştirmenin yönüne de bağlıdır; taşınan yük aynı olsa da yükseklik farkı olmadan iş de olmaz.
SAHA 02 — İNŞAAT İŞLERİ

Vinçle beton blok kaldırma

Bir vinç, aynı ağırlıktaki betonarme bloğu her seferinde aynı yüksekliğe kaldırır — yapılan iş (ve kazanılan potansiyel enerji) her seferinde aynıdır. Fakat daha güçlü bir vinç bu yükü daha kısa sürede kaldırır; yani harcanan güç farklıdır.

Örnek: 2 ton yükü 5 m yükseltmek her vinç için aynı işi gerektirir; 10 saniyede yapan vinç, 20 saniyede yapana göre iki kat güçlüdür.
ÇIKARIM İş, yalnızca başlangıç ve bitiş durumuna bağlıdır; güç ise bu işin ne kadar sürede tamamlandığını, yani makinenin performansını gösterir.
SAHA 03 — TAŞIMACILIK

Kamyonla sabit hızda yük taşıma

Otoyolda sabit hızla giden yüklü bir kamyonda motor kuvveti, yola ve havaya karşı oluşan sürtünme/direnç kuvvetlerini dengeler. Hız arttıkça direnç kuvveti büyür; aynı yolu daha hızlı almak, motorun aynı anda hem daha büyük kuvvet hem de daha fazla güç harcamasını gerektirir.

Örnek: Hız iki katına çıktığında, hava direncine karşı harcanan güç kabaca dört kattan fazla artar (P = F·v ilişkisi, F de hızla birlikte büyür).
ÇIKARIM Sabit hızda kuvvetler dengede olsa da iş hâlâ yapılır (mesafe alınır); hız arttıkça bu işi sürdürmek için gereken güç orantısız biçimde artar.

Üç sahadan ortak sonuç

İş, duruma bağlıdır Bahçedeki toprak, şantiyedeki blok ya da yoldaki yük — hangi örnek olursa olsun iş, yalnızca uygulanan kuvvete ve bu kuvvet yönündeki net yer değiştirmeye bakar; harcanan çaba veya süre işin miktarını değiştirmez.
Enerji biçim değiştirir, kaybolmaz Yükseğe taşınan toprak ve kaldırılan blok potansiyel enerji kazanır; hızlanan kamyon kinetik enerji kazanır. Sürtünmeyle kaybedilen enerji yok olmaz, ısıya dönüşür.
Güç, performansın ölçüsüdür Aynı iş — aynı toprağı taşımak, aynı bloğu kaldırmak, aynı yükü götürmek — farklı sürelerde tamamlanabilir. Hangi aracın veya kişinin "daha güçlü" olduğunu belirleyen, bu süredeki farktır.