İş: Günlük hayatta kullanılan iş sözcüğü oldukça geniş bir anlam içerir. Buna karşılık fizikte iş daha dar ve belirli bir anlam taşır. Fiziksel anlamda İş; bir cisim kuvvet etkisinde yer değiştirme yapıyorsa kuvvetin yer değiştirme doğrultusundaki bileşeni ile cismin yer değiştirmesinin çarpımıdır.

İş= kuvvet x yol

W= F . Δx

Sürtünme Kuvvetinin Yaptığı İş

Cisim ile yüzey arasındaki sürtünme kuvveti cismin kinetik enerjisini ısı enerjisine çevirir. Sürtünme kuvveti cismin yer değiştirme yönüne daima zıt yönde olduğu için sürtünme kuvvetinin yaptığı iş daima negatiftir. Sürtünme kuvvetinin yaptığı iş, ısıya dönüşen enerjiye eşittir ve

W_s=E_ısı=-f_s . Δx

ifadesi ile bulunur.

Güç

Günlük hayatta ve teknolojide işin büyüklüğü yanında işin yapılma süresi de önemlidir.

Buna göre birim zamanda yapılan işe (harcanan enerjiye) güç denir.

Güç = iş / Zaman

P= W / t

Verim

Makineler, bir cins enerjiyi başka cins enerjiye çevirmek için kullanılan araçlardır. Bu çevirme esnasında enerjinin bir kısmı istenilenin dışında harcanır. Sürtünmeden dolayı ısı enerjisine dönüşür. Makinede ısıya dönüşen enerji ne kadar büyük olursa verim de buna bağlı olarak düşer. Verim, makineden aldığımız enerjinin makineye verdiğimiz enerjiye oranıdır. Buradaki enerji yerine iş ya da güç birimi kullanılarak da verim yazılabilir.

Verim= Alınan iş / Verilen iş  = Alınan Enerji / Verilen Enerji  = Alınan Güç / Verilen Güç

ENERJİ

Bir sistemin iş yapabilme yeteneğine enerji denir. Bir sistem enerjiye sahipse başka bir sisteme etkiyip ona iş yaptırabilir. Doğada mekanik, ısı, ışık, kimyasal, nükleer, elektrik enerjisi gibi çeşitli enerji biçimleri vardır. Bu bölümde mekanik (kinetik ve potansiyel) ile ısıya dönüşen (sürtünmeden dolayı) enerji incelenecektir.

Kinetik enerji: Hareket halindeki cisimlerin sahip oldukları enerji kinetik enerjidir. Hareket halindeki arabaların, insanların, futbol topunun kinetik enerjileri vardır. Kinetik enerji cisimlerin kütlesine ve hızına bağlıdır.

Potansiyel Enerji: cisimlerin yüksekliğinden dolayı sahip olduğu enerjiye yer çekimi potansiyel enerjisi denir. Ağaçta duran elmanın, uçan kuşun, kitaplıkta duran kitabın potansiyel enerjisi vardır. Yer çekimi potansiyel enerjisi cisimlerin kütlesine, yerden yüksekliğine ve yer çekimi ivmesine bağlıdır.

Potansiyel Enerji Çözümlü Sorular

İş – Enerji İlişkisi

Bir cisim üzerinde iş yapmak. cismin enerjisinde değişikliğe neden olur. Yapılan iş cismin sadece kinetik enerjisini ya da sadece potansiyel enerjisini değiştirebilir. Bazı durumlarda yapılan iş cismin hem kinetik hem de potansiyel enerjisini değiştirebilir.

a) Kinetik enerji – İş İlişkisi: Bir cisme sürtünmesiz yatay düzlemde bir kuvvet uygulayıp yer değiştirmesini sağladığımızda üzerinde iş yapmış oluruz. Yapılan iş cismin kinetik enerjisinde değişikliğe neden olur.

b) Potansiyel enerji – İş ilişkisi: Bir cismi düşey doğrultuda sabit hızla hareket ettirdiğimizde yer çekimine karşı iş yaparız. Yaptığımız iş cismin potansiyel enerjisindeki değişime eşittir.

Grafikler

1) Kuvvet – Konum Grafikleri

2) Kinetik Enerji – Yol Grafikleri

3) Güç – Zaman Grafikleri

Enerjinin Korunumu

İş, Güç, Enerji Çözümlü Örnekler

Çözümlü Örnek Test Soruları: İş, Güç ve Enerji

İş, güç ve enerji konuları, 9. sınıf fizik müfredatında önemli bir yer tutar. Bu konular, kuvvetin cisimler üzerinde yaptığı işi, enerjinin dönüşümünü ve gücün ne kadar hızlı yapıldığını anlamaya yöneliktir. Aşağıdaki sorular, iş, güç ve enerji kavramlarını daha iyi anlamanıza yardımcı olacaktır.

İş Soruları

1. 10 Newton büyüklüğünde bir kuvvet, 5 metre boyunca cisme etki ediyorsa yapılan iş kaç joule’dür?
a) 50 J
b) 25 J
c) 15 J
d) 5 J

Cevap: a) 50 J
Çözüm: İş (W), kuvvet (F) ve yol (d) ile şu şekilde hesaplanır:
W = F × d
W = 10 N × 5 m = 50 J (joule).
Bu durumda, yapılan iş 50 joule’dür.

2. 30 N büyüklüğündeki kuvvet, cismi 4 metre boyunca itiyor. Eğer kuvvetin hareket yönüne dik açıyla etki ettiği söylenirse yapılan iş kaç joule olur?
a) 120 J
b) 0 J
c) 60 J
d) 90 J

Cevap: b) 0 J
Çözüm: Kuvvet hareket yönüne dik olduğunda iş yapılmaz, çünkü iş yapılabilmesi için kuvvetin bir kısmı harekete paralel olmalıdır. Bu yüzden yapılan iş sıfırdır:
W = 0 J.

3. Bir cisim, yere paralel 50 N’luk bir kuvvetle 6 metre sürükleniyor. Eğer yüzeyle sürtünme kuvveti 10 N ise net yapılan iş kaç joule’dür?
a) 200 J
b) 240 J
c) 300 J
d) 500 J

Cevap: a) 240 J
Çözüm: Net kuvveti hesaplamak için uygulanan kuvvetten sürtünme kuvveti çıkarılır:
Net kuvvet = 50 N – 10 N = 40 N
Net iş = 40 N × 6 m = 240 J.

Güç Soruları

4. 600 J’lük bir iş, 10 saniyede yapılıyorsa gücü (P) kaç watt’tır?
a) 6 W
b) 60 W
c) 600 W
d) 0.6 W

Cevap: b) 60 W
Çözüm: Güç, işin zamana oranı ile hesaplanır:
P = W ÷ t
P = 600 J ÷ 10 s = 60 W (watt).

5. Bir elektrikli cihaz, 150 watt güç harcayarak 300 joule’lük iş yapıyor. Cihazın çalıştığı süre kaç saniyedir?
a) 1 saniye
b) 2 saniye
c) 3 saniye
d) 4 saniye

Cevap: b) 2 saniye
Çözüm: Güç formülü P = W ÷ t olarak yazılır ve buradan t’yi bulabiliriz:
t = W ÷ P
t = 300 J ÷ 150 W = 2 s.

Enerji Soruları

6. 10 kg kütleli bir cisim, yerden 8 metre yüksekliğe çıkarıldığında kazandığı potansiyel enerji kaç joule’dür? (g = 10 m/s²)
a) 800 J
b) 400 J
c) 1600 J
d) 1000 J

Cevap: a) 800 J
Çözüm: Potansiyel enerji (Ep), kütle (m), yerçekimi ivmesi (g) ve yükseklik (h) ile hesaplanır:
Ep = m × g × h
Ep = 10 kg × 10 m/s² × 8 m = 800 J.

7. 5 m/s hızla hareket eden 4 kg kütleli bir cismin kinetik enerjisi kaç joule’dür?
a) 50 J
b) 25 J
c) 100 J
d) 200 J

Cevap: c) 50 J
Çözüm: Kinetik enerji (Ek), kütle (m) ve hızın karesi (v²) ile hesaplanır:
Ek = ½ m × v²
Ek = ½ × 4 kg × (5 m/s)² = ½ × 4 × 25 = 50 J.

8. Bir cisim, 20 m/s hızla hareket ederken 500 J kinetik enerjiye sahiptir. Cismin kütlesi kaç kg’dır?
a) 2 kg
b) 5 kg
c) 1 kg
d) 10 kg

Cevap: b) 2.5 kg
Çözüm: Kinetik enerji formülünü kullanarak kütleyi bulabiliriz:
Ek = ½ m × v²
500 J = ½ × m × (20 m/s)²
500 = ½ × m × 400
500 = 200m
m = 2.5 kg.

Karışık İş, Güç ve Enerji Problemleri

9. 50 N’lik bir kuvvetle 10 metre yükseğe çıkartılan bir cismin potansiyel enerjisi nedir? (g = 10 m/s²)
a) 500 J
b) 1000 J
c) 1500 J
d) 2000 J

Cevap: b) 1000 J
Çözüm: Potansiyel enerji formülü:
Ep = m × g × h
F = m × g olduğundan, m = F ÷ g = 50 N ÷ 10 m/s² = 5 kg.
Ep = 5 kg × 10 m/s² × 10 m = 500 J.

10. Bir cisim, 100 watt’lık bir güçle 5 saniye boyunca çalıştırıldığında yaptığı iş kaç joule’dür?
a) 100 J
b) 300 J
c) 400 J
d) 500 J

Cevap: d) 500 J
Çözüm: Güç ve iş ilişkisini kullanarak iş hesaplanır:
P = W ÷ t
W = P × t = 100 W × 5 s = 500 J.