9. Sınıf - 📘 Fizik 3. Ünite: İş, Enerji ve Güç – Geniş Konu Anlatımı

[Administrator]

1️⃣ İş (W)
Tanım:
İş, bir kuvvetin bir cismi hareket ettirmesiyle yapılan enerji transferidir. İş, yalnızca kuvvetin uygulandığı doğrultuda hareket olduğunda yapılır.

Formül:
W = F × d × cos(θ)

W: Yapılan iş (Joule, J)
F: Uygulanan kuvvet (Newton, N)
d: Cismin hareket ettiği mesafe (metre, m)
θ: Kuvvet ile hareket yönü arasındaki açı

Önemli Noktalar:

Eğer kuvvet ve hareket doğrultusunda değilse, iş yapılmaz.
İş pozitif, negatif veya sıfır olabilir. Pozitif iş kuvvet, hareket yönünde uygulanıyorsa, negatif iş ise kuvvet, hareketin ters yönünde uygulanıyorsa yapılır.

Örnek:
Bir cismin 10 N'lik kuvvetle 5 m ilerlemesi durumunda yapılan iş hesaplanır:

W = 10 N × 5 m = 50 J

2️⃣ Enerji (E)
Tanım:
Enerji, iş yapabilme kapasitesidir. Yani, enerji bir cismin iş yapabilmesi için gerekli olan kaynaktır. Enerji birimi Joule (J) ile ifade edilir.

Enerji Türleri:

Kinetik Enerji (KE): Hareket halindeki bir cismin sahip olduğu enerjidir.
KE = ½ × m × v²

m: Cisim kütlesi (kg)
v: Cisim hızı (m/s)

Potansiyel Enerji (PE): Bir cismin yerden yüksekliğinden dolayı sahip olduğu enerjidir.
PE = m × g × h

m: Cisim kütlesi (kg)
g: Yerçekimi ivmesi (9.8 m/s²)
h: Cisim yüksekliği (m)

Enerjinin Korunumu:
Enerji kaybolmaz, sadece bir formdan diğerine dönüşür. Yani, mekanik enerji korunur.

Örnek:
Bir cismin 2 kg kütlesi ve 5 m yükseklikte bulunduğunda sahip olduğu potansiyel enerji:
PE = 2 kg × 9.8 m/s² × 5 m = 98 J

3️⃣ Güç (P)
Tanım:
Güç, birim zamanda yapılan iştir. Yani, ne kadar hızlı iş yapıldığını gösteren bir ölçüdür. Güç, enerji transferinin hızını belirtir.

Formül:
P = W ÷ t

P: Güç (Watt, W)
W: Yapılan iş (Joule, J)
t: Zaman (saniye, s)
Alternatif formül:
P = F × v

v: Cisim hızı
Örnek:
50 J'lik iş, 10 saniyede yapılırsa, yapılan güç:
P = 50 J ÷ 10 s = 5 W
Bu durumda gücün birimi Watt (W) olur.

4️⃣ İş ve Enerji İlişkisi
İş yapıldığında, enerjinin bir formdan diğerine dönüşümü gerçekleşir. Örneğin:

Bir araba hareket ettiğinde, motor tarafından yapılan iş, kinetik enerjiye dönüşür.
Bir cismi kaldırdığınızda, yapılan iş, cismin potansiyel enerjisine dönüşür.
Enerjinin Korunumu Kanunu:
Enerji kaybolmaz, sadece dönüşür. Yani, toplam enerji korunur. Bir cismin sahip olduğu mekanik enerji (kinetik + potansiyel) zaman içinde değişebilir, fakat toplam mekanik enerji sabit kalır.

5️⃣ Basit Makineler ve Verimlilik

Basit Makineler:
Bir kuvvetin etkisini değiştirmek veya azaltmak için kullanılan araçlardır. Örnekler: Kaldıraç, eğik düzlem, makaralar, dişliler vb.

Verimlilik:
Bir makinenin verimliliği, yaptığı faydalı işin, toplam yaptığı işe oranı ile ölçülür.
Verimlilik = (Faydalı İş ÷ Toplam İş) × 100

Verimlilik, her zaman %100'ün altında olur, çünkü enerji dönüşümü sırasında bazı kayıplar (genellikle sürtünme nedeniyle) yaşanır.

6️⃣ Enerji Dönüşümleri ve Uygulamalar
Enerji, sürekli olarak bir formdan diğerine dönüşebilir. Örneğin:

Elektrik enerjisi → Isı enerjisi: Elektrikli ısıtıcılar.
Kimyasal enerji → Hareket enerjisi: Benzinli motorlar.
Potansiyel enerji → Kinetik enerji: Yüksekten düşen bir cisim.

7️⃣ Örnek Sorular
Soru 1:
Bir cisim, 10 N kuvvetle 5 m ileriye hareket ettiriliyor. Yapılan işi hesaplayınız.
Cevap:
W = F × d = 10 N × 5 m = 50 J

Soru 2:
Bir cismin 5 m yükseklikten serbest bırakıldığında sahip olduğu potansiyel enerjiyi bulun. Cisim kütlesi 2 kg. (g = 9.8 m/s²)
Cevap:
PE = m × g × h = 2 kg × 9.8 m/s² × 5 m = 98 J

Soru 3:
Bir motor 100 J'lik işi 20 saniyede yaparsa, motorun gücünü hesaplayınız.
Cevap:
P = W ÷ t = 100 J ÷ 20 s = 5 W

Özet:
İş: Kuvvet ve mesafe ile yapılan enerji transferidir.
Enerji: İş yapabilme kapasitesidir. Kinetik ve potansiyel enerji türleri vardır.
Güç: Birim zamanda yapılan iştir. Watt cinsinden ölçülür.
Enerji Korunumu: Enerji kaybolmaz, sadece bir formdan diğerine dönüşür.
Verimlilik: Makinenin etkinliğini ölçen bir kavramdır.