Potansiyel ve Kinetik Enerji Nedir

05/01/20205 dakikalık okuma

Fizikte enerji, bir cismin veya sistemin iş yapabilme yeteneği veya kapasitesi olarak tanımlanır. Kurulmuş bir sistemde toplam enerji hiçbir zaman değişmez (yoktan var vardan yok edilemez). Ancak sistemin mevcut enerjisi şekil değiştirip başka enerji türlerine dönüşebilir.





Bir cisme etki eden bir kuvvetin o cisme, etki ettiği doğrultuda ve yönde yer değişikliği sağlaması ise Fizikte iş olarak tanımlanır. Örneğin, elinde bir çanta ile okuldan eve gelen bir öğrenci çantaya karşı bir iş yapmış sayılmaz. Öğrenci yer çekimi kuvvetinin yönü ile ters yönde (yukarı doğru) ve en az yer çekimi kuvvetinin büyüklüğü kadar bir kuvveti (ağırlık) okuldan eve gelinceye kadar çantaya uygular. Ancak öğrencinin elindeki çanta, uygulan kuvvetin yönünde yani yukarı doğru değil de yatay olarak hareket eder ve bu da yukarıda belirtmiş olduğumuz iş tanımına uymaz. Bir sandığı iten bir işçi bir iş yapmış sayılır. Çünkü sandık işçinin uyguladığı kuvvetin yönü ve doğrultusunda yatay olarak hareket eder.





Enerjinin birçok türü olup bunlardan en bilinenleri; Potansiyel enerji, kinetik enerji, ısı enerjisi, ışık enerjisi, elektrik enerjisi, kimyasal enerji ve nükleer enerji sayılabilir. Biz burada en çok karşımıza çıkan ilk iki sıradaki potansiyel ve kinetik enerjiyi anlatacağız.



Potansiyel Enerji

Bir cisimde veya sistemde depolanmış durumda bulunan, her an kullanılmaya hazır (kullanılma potansiyeli olan) ve başka bir enerji türüne dönüşebilen (örneğin kinetik enerji) enerjiye potansiyel enerji denir.





Örneğin çatıdan kopan bir kiremidin yere düşmesi, kiremitte depolanmış durumda olan ve dışarıdan bakıldığında görülemeyen bir enerjiden kaynaklanmaktadır. Kiremit yere düşerken yer değiştirdiği için bir iş yapar. Bir cismin iş yapabilmesi için bir enerjisinin olması gerekir. İşte biz her an kullanılmaya hazır (kullanılma potansiyeli olan) bu enerjiye potansiyel enerji deriz. Peki, yukarıdaki kiremit örneğinden devam edersek enerji yoktan var vardan yok edilemeyeceğine göre kiremidimize potansiyel enerji dediğimiz bu enerji nereden gelmiştir veya kiremidimiz bu enerjiyi nereden kazanmıştır. Çatıdaki kiremitler kendi kendilerine oraya çıkamayacaklarına göre onları oraya birinin taşıması gerekir. Kiremitleri çatıya çıkarırken yer çekimi kuvvetine karşı bir iş yaparız. Çünkü kiremitlerin yukarıya kadar çıkabilmeleri için bir enerjilerinin olması gerekir. Sayemizde yukarı ulaşan kiremitler bu sayede bir enerji kazanmış hale gelirler. Kiremidimiz çatıdan kaydığı zaman işte sahip olduğu bu enerji sayesinde yani sahip olduğu bu enerjiyi kullanarak yere doğru hareket ederek aşağıya düşer. Kiremidimiz yere düşerken sahip olduğu potansiyel enerjisi hareket enerjisine (kinetik enerjiye) dönüşür. Yani kiremidin zamanla potansiyel enerjisi azalırken kinetik enerjisi artar. Esnek bir yayı kuvvet uygulayarak sıkıştırırsak yaya bir enerji yüklemiş oluruz. Yayda depolanmış halde bulunan bu enerjiyi dışarıdan fark etmemiz mümkün değildir. Ancak sıkıştırdığımız yayı tekrar kendi haline bırakırsak yay sahip olduğu bu potansiyel enerjiyi kullanarak tekrar ilk konumuna geri gelir. Potansiyel enerjiye bir başka örnek olarak masa da oturan bir adamın aniden elini kaldırım masaya vurmasını gösterebiliriz. Dışarıdan baktığımızda ilk başta adamın hareketsiz olarak durduğunu zannederiz. Ancak elini kaldırıp masaya vurması onun bir enerjisi olduğunu gösterir. İşte dışarıdan bakıldığında ilk başta anlaşılamayan ancak kullanıldığında (bir harekete dönüştürüldüğünde) fark edilebilen bu gizli enerjiye potansiyel enerji denir.





Yerden belirli bir yükseklikte bulunan bir cismin potansiyel enerjisini aşağıdaki şekildeki gibi hesaplayabiliriz.

EP = m.g.h

EP; Potansiyel Enerji (Joule)

m; Kütle (kg)

g; Yer Çekimi İvmesi (m/s²)

h; Yükseklik (m)

m ve g sabit tutulursa formülümüzden de anlaşılacağı üzere bir cismin potansiyel enerjisinin cismin yerden yüksekliği ile doğru orantılı olduğu görülür. Örneğin birkaç metre yükseklikten düşen bir kişinin el ve ayak kemiklerinin kırılabilme ihtimali bulunmakta iken bir gökdelenin üst katlarından birinden düşen bir kişinin bütün kemikleri kırılır ve olduğu yerde ölür. Bunun sebebi yüksekte bulunan cisimlerin alçakta bulunan cisimlere göre daha fazla potansiyel enerjiye sahip olmaları ve dolayısıyla yere düşerken kinetik enerjilerinin ve hızlarının daha büyük bir değere ulaşmasıdır.



Kinetik Enerji

Bir cismin hareketinden dolayı sahip olduğu enerjiye kinetik enerji denir. Evrende gördüğümüz her şey elektronlar, atomlar, moleküller, gezegenler, yıldızlar, galaksiler yani aklımıza ne gelirse her şey hareket halindedir. Kâinatta gördüğümüz veya göremediğimiz her şeyin hareket halinde olmasının nedeni bu şeylerin bir kinetik enerjiye sahip olmalarından kaynaklanmaktadır. Hareket halindeki bir cismin kinetik enerjisini aşağıdaki şekildeki gibi hesaplayabiliriz.

EK = 1/2.m.v²

EK; Kinetik Enerji (Joule)

m; Kütle (kg)

v; Hız (m/s)





m sabit tutulursa formülümüzden de anlaşılacağı üzere bir cismin kinetik enerjisinin hızının karesi ile doğru orantılı olduğu görülür. Örneğin bir bilyeyi elimizle birinin göğsüne fırlatırsak çok az bir acı hissi oluşturur ve herhangi bir ciddi yaralanmaya neden olmaz. Ancak bilyeyle aynı kütleye sahip bir mermiyi tabancayla birinin üzerine ateşlersek ölümle sonuçlanan bir yararlanmaya neden olabilir. Bunun sebebi tabancadan atılan merminin el ile fırlatılan bilyeden daha büyük bir hıza sahip olmasıdır. Çünkü daha büyük bir hıza sahip olan bir cismin enerjisi daha fazladır ve karşısındaki çarptığı nesne de daha fazla hasara neden olur.



Yukarıdaki şekildeki m kütleli cisim A noktasından B noktasına gelinceye kadar kinetik enerjisi giderek azalırken potansiyel enerjisi ise giderek artar ve B noktasına geldiğinde cismimizin kinetik enerjisi 0 olur. cismimiz B noktasında iken kazanmış olduğu potansiyel enerjisinden dolayı aşağı doğru hareket etmeye başlar ve C noktasına ulaştığında ise sahip olduğu potansiyel enerjisinin tamamı kinetik enerjiye dönüşür. (ortam sürtünmesiz kabul edilecek)





https://bylge-images.s3.amazonaws.com/banff-4331689_1920.jpg
Pow

Fizik, Kimya, Matematik, Tarih ve Genel Kültür Sevdiricisi

https://bylge-images.s3.amazonaws.com/banff-4331689_1920.jpgPow senin desteğini bekliyor.
İçerik paylaşarak para kazanmanın kolay yolu 💰