7. Sınıf Kuvvet ve Enerji Konu Anlatımı
Kütle, Ağırlık, Yer Çekimi, Kütle Çekimi, Fiziksel İş, Kinetik Enerji, Potansiyel Enerji, Enerjinin Korunumu, Hava Direnci, Su Direnci kavramlarının bolca karşımıza çıkacağı kuvvet ve enerji konusunun detayları aşağıda yazımızda.
Kuvvet ve Enerji
Kütle ve Ağırlık İlişkisi
Ağırlık Bir Kuvvettir
Kütle bir cismi oluşturan toplam madde miktarı iken ağırlık bu kütleye etki eden yer çekimi sonucunda oluşan bir kuvvettir. Yani sayısal olarak kütle arttıkça ağırlıkta artar, fakat bu iki kavram birbirine eşit sayısal değerlere sahip değildir.
Cisimlerin birbirine uyguladığı bu çekim kuvvetine kütle çekim kuvveti denir. Dünya’nın uyguladığı kütle çekim kuvvetine ise yer çekimi denir.
Yer çekimi kuvvetinin yönü daima yerin merkezine doğrudur. Örneğin; şelaleden akan suyun ve yağmur damlalarının yere doğru düşmesi de yer çekimi sayesindedir.
Kütleye etki eden yer çekimi kuvvetine ağırlık denir. O hâlde ağırlık bir kuvvettir ve dinamometre ile ölçülür. Ağırlığın birimi, kuvvet birimi olan Newton’dur (N). Ağırlık cismin kütlesine ve cisme etki eden çekim kuvvetine bağlıdır.
Bir cisme etki eden yer çekimi kuvveti, cisim ile yer arasındaki uzaklığa bağlı olarak değişir. Yer ile cisim arasındaki uzaklık arttıkça kütle çekim kuvveti azalır. Bu nedenle bir cismin ağırlığı Dünya’nın her yerinde aynı değildir.
Kütle ve Ağırlık Farklı Kavramlardır
Kütle ve ağırlık günlük hayatta çoğunlukla birbirine karıştırılsa da aynı kavramlar de ğildir. Kütle, madde miktarının ölçüsüdür. Kütle, eşit kollu terazi ile ölçülür ve birimi kilogram (kg) ya da gramdır (g).
Bir cismin kütlesi farklı gezegenlerde değişmezken ağırlığı bulunduğu gezegene göre değişir. Örneğin Dünya’da kütlesi 60 kg olan bir cismin Ay’daki kütlesi de 60 kg’dır. Ancak aynı cismin Dünya’daki ağırlığı yaklaşık 600 N iken Ay’daki ağırlığı yaklaşık 100 N’dir.
Kütle:
– Bir cismin madde miktarıdır.
– Eşit kollu terazi ile ölçülür.
– Birimi kilogram (kg) veya gram (g)’dır.
– Her yerde aynıdır, değişmez.
– m harfi ile gösterilir.
Ağırlık:
– Bir cisme etki eden yer çekimi kuvvetidir.
– Dinamometre ile ölçülür.
– Birimi newton (N)’dur.
– Bulunulan yere göre değişir.
– G harfi ile gösterilir.
Kuvvet, İş ve Enerji İlişkisi
Kuvvet ve İş
İş kelimesinin günlük hayatta kullanılan anlamı ile fiziksel anlamı farklıdır. Şöyle ki günlük hayatta yaptığınız işlerde fiziksel olarak iş yapmış sayılmazsınız.
Fiziksel anlamında iş yapılmış olması için cisme bir kuvvet uygulanması ve cismin uygulanan kuvvetle aynı doğrultuda yer değiştirmesi gerekir. Örneğin; büyükçe bir kayanın yerini değiştirebilmek için ne kadar uğraşsanız da kayanın yerini değiştiremediğiniz için fiziksel anlamda iş yapmış olmazsınız.
Çocuk arabasını uyguladığı kuvvet doğrultusunda hareket ettiren bir kişi fiziksel anlamda iş yapmıştır.
– Yapılan iş cisme uygulanan kuvvete ve cismin aldığı yola bağlıdır.
– Uygulanan kuvvet ve alınan yol ile iş arasında doğru orantı vardır.
– İşin birimi joule (J) şeklinde ifade edilir.
Enerji ve Enerji Çeşitleri
Enerji, iş yapabilme yeteneğidir. Bu nedenle enerji ve iş birimleri aynıdır.
Kinetik Enerji: Cismin hareketinden dolayı kazandığı enerjiye kinetik enerji denir. Bir cismin hareket edebilmesi için o cisme kuvvet uygulanması gerekir. Uygulanan kuvvet arttıkça hareket eden cismin sürati de artar. Süratteki artış kinetik enerjinin de artmasını sağlar.
Potansiyel Enerji: Cisimlerin konumlarından dolayı sahip oldukları enerjidir. Cisimler serbest bırakıldığında cisimlerin sahip oldukları potansiyel enerji kinetik enerjiye dönüşür ve bu cisimler hareket eder.
Potansiyel enerji, çekim potansiyel enerjisi ve esneklik potansiyel enerjisi şeklinde sınıflandırılır. Yer çekimi kuvvetinden dolayı belli yükseklikteki cismin sahip olduğu enerjiye çekim potansiyel enerjisi denir.
Örneğin; baraj göllerinde biriken su yerden belli bir seviyeye kadar yükselir. Biriken su durgun olduğu hâlde yüksekliğinden dolayı potansiyel enerjiye sahiptir. Barajın yüksekliği arttıkça biriken suyun potansiyel enerjisi de artar.
Kuvvet uygulandığında şekil değiştirip kuvvetin
etkisi ortadan kalkınca tekrar eski hâline dönen cisimlere esnek cisim denir. Yay, lastik ve şişirilmiş balon birer esnek cisimdir. Esnek cisimlerin enerji depolama özelliği vardır. Esnek cisimlerin sıkışık ya da gerginken sahip olduğu enerjiye esneklik potansiyel enerjisi denir. Esneklik potansiyel enerjisi sıkıştırılan ya da gerilen cisimlerde depolanmış olarak bulunur. Kurmalı saatlerde ve müzik kutularında esneklik potansiyel enerjisinden faydalanılır.
Enerji Dönüşümleri
Kinetik ve Potansiyel Enerji Dönüşümleri
Enerji, yoktan var olmaz; var olan enerji de yok olmaz. Ancak bir türden başka bir türe dönüşür. En sık karşılaşılan enerji dönüşümleri potansiyel enerjinin kinetik enerjiye , kinetik enerjinin potansiyel enerjiye dönüşmesidir.
Yaprakların ve meyvelerin dalından düşmesi, eşyaların yukarı taşınması, lunaparklardaki döner salıncakların hareketi ve yayın sıkışması gibi olaylar bu dönüşüme birer örnektir.
Sarkaçlı saat ve salıncak, salınım hareketi yapar. Salınım hareketi sırasında potansiyel ve kinetik enerji dönüşümleri gerçekleşir.
Enerji, yoktan var olmaz; var olan enerji de yok olmaz. Ancak bir türden başka bir türe dönüşür. Buna enerjinin korunumu kanunu denir.
Sürtünme Kuvveti ve Kinetik Enerji
Bir madde ya da yüzeyle temas hâlinde olan hareketli bir cismin hareketine devam etmesi için o cisme sürekli kuvvet uygulanması gerekir. Aksi hâlde hareketini devam ettiremez.
Sürtünme kuvveti, hareket hâlindeki cisimleri yavaşlatan hatta durduran bir kuvvet olduğundan cisimlerin süratinin azalmasına neden olur. Hareketli cisimlerin sürati azaldığında kinetik enerjileri de azalır.
Az pürüzlü yüzeylerde sürtünme kuvveti daha azdır. Bu sayede bir cismi az pürüzlü yüzeyde hareket ettirmek çok pürüzlü yüzeylere göre daha kolaydır. Sürtünme kuvveti ne kadar çoksa cisimlerin hareketi o kadar yavaş, kinetik enerjisi de o kadar az olur.
Buzlu yol asfalt yola göre daha az pürüzlüdür. Bu nedenle aynı cisme buzlu yolda etki eden sürtünme kuvveti asfalt yola göre daha azdır. Ancak bu durum hareket hâlindeki cisimlerin buzlu yolda durmasını zorlaştırır.
Islak ve kaygan zeminde hareket etmenin zor olmasının nedeni sürtünme kuvvetinin az olmasıdır.
Hava ve su da içinde hareket eden cisimlere sürtünme kuvveti uygular. Havanın içinde hareket eden bir cisme hareketini engelleyici yönde etki eden sürtünme kuvvetine hava direnci denir. Suda hareket eden bir cisme etki eden sürtünme kuvvetine ise su direnci denir.
Hava ve su direnci de cisimlerin süratinin dolayısıyla kinetik enerjisinin azalmasına neden olur. Bu nedenle hava ve suda hareket eden araçlar tasarlanırken hava ve su direncini azaltacak şekilde tasarlanır.
Hava ve suda hareket eden taşıtlar hava ve su direncinden en az etkilenecek şekilde
tasarlanır. Bu şekilde üretilmiş araçların harcayacağı enerji miktarı azalacağından yakıt
masrafında da önemli bir tasarruf gözlenir.
Özellikle yüksek hızla hareket eden taşıtların sivri burun yapıları, sürtünmeyi azaltıcı boyaları ve pürüzsüz yüzeyleri sürtünme kuvvetini en aza indirir. Bazı durumlarda ise sürtünmenin yavaşlatıcı etkisinden yararlanmak için hava direnci artırılır.
Potansiyel enerjinin kinetik enerjiye dönüşmesi için maddenin hareket etmesi gerekir. Hareket süresince birbirine temas eden yüzeylerde sıcaklık artışı olur. Sıcaklık artışının nedeni sürtünmedir.
Hareket hâlindeki bir aracın frenine kuvvetlice basıldığında yol ile tekerlek arasında güçlü bir sürtünme meydana gelir. Sürtünme kuvvetinin etkisi aracı kısa sürede durdurur. Sürtünme ile azalan kinetik enerji, ısı enerjisi olarak ortaya çıkar. Bu enerji birbirine sürtünen iki cismin sıcaklığını artırır. Ani fren yapan araçların tekerleklerinde meydana gelen sıcaklık artışının nedeni de budur.
Temas hâlinde olan tüm hareketli cisimlerin kinetik enerjisi sürtünme kuvvetinin etkisiyle ısı, ses ve diğer enerji türlerine dönüşür.
