Enerji:Kinetik Enerji
advertisement
1/22 Konu: Enerji:Kinetik Enerji - Potansiyel Enerji Hazırlayan: Serpil Uyumaz 200020208047 Fen Bilgisi Öğretmenliği (İÖ) 3. Sınıf Kime: 2/22 Amaç: Enerji Çeşitlerini Öğrenebilme Hedefler: 1- Enerji nedir bilebilme 2- Kinetik enerji nedir bilebilme 3- Potansiyel enerji nedir bilebilme 4- Enerjiyi örnek deneyle gözleyebilme 5- Örnek çözümlerle konuyu pekiştirebilme 6- Değerlendirme testi ile eksikleri gözleyebilme 7- Eksikleri tamamlayarak konuyu kavrayabilme İçindekiler Amaçlar: Enerji Çeşitlerini Öğrenebilme Konular: Enerji Kinetik Enerji Potansiyel Enerji Enerji Dönüşümü Örnek Çözümler: Kinetik E. Potansiyel E. Değerlendirme Kaynaklar: MEB Fen Bilgisi 7, LGS Konu Anlatımlı Test Kitapları 3/22 Yaşadığınız evrenin madde ve enerjiden oluşması sizi şaşırtır mı? Maddeyi kolaylıkla algılayabilirsiniz. Peki, ya enerjiyi? Enerjiyi nasıl algılayabilirsiniz? Enerjiyi ses olarak işitebilir, ışık olarak görebilir, rüzgâr olarak hissedebilirsiniz. Bir futbol topuna vurduğunuzda, bir yayı sıkıştırdığınızda, bir bavulu kaldırdığınızda enerji kullanırsınız. Canlıların hareket etmek ve büyümek için enerjiye gereksinimleri vardır. Bir kuşun uçması, bir bombanın patlaması, yağmur damlasının gökyüzünden düşmesi enerji içerir. Bütün bu olayların gerçekleşmesini sağlayan enerji sizce nedir? Eğer bir cisim ya da bir canlı iş yaparsa (bir cisme kuvvet uygulayarak onu hareket ettirirse) enerji kullanır. Yüzerken enerji harcarsınız. Elektrik akımındaki yükler, tel boyunca hareket edebilmek için enerji kullanır. Enerji ve iş arasındaki bu doğrudan bağlantıyı düşündüğünüzde enerjiyi, iş yapabilme yeteneği olarak tanımlayabilir, iş birimi olan J ile ölçebilirsiniz. İş yaparken enerji kullanılmasının yanı sıra üzerinde iş yapıldığında cisimler enerji kazanır. Çünkü cisim üzerinde yapılan iş, cisme enerji olarak aktarılır. “Sıkışan Yay” etkinliğinde topun ağırlığı, yay üzerinde iş yaptı. Yapılan iş yaya enerji olarak aktarıldı. Bir futbol topuna vurduğunuzda topu hareket ettirebilmek için enerjinizin bir bölümünü topa aktarırsınız. Enerji değişik türlerde olabilir. 4/22 Hareket durumundaki bir cisim başka bir cisme çarptığında onu hareket 5/22 ettirerek iş yapabilir. Fırlatılmış bir lâstik, oyun kartlarından yapılmış bir evi yıktığında iş yapar. Çivinin tepesine vurulan bir çekiç, çivi tahta içine girdikçe iş yapar. Hareket durumundaki bir cismin iş yapabilme yeteneği olduğu için enerjisi vardır. Hareketin enerjisi kinetik enerji olarak bilinir. Yani bir cismin hızından dolayı sahip olduğu enerjiye kinetik enerji denir. Hafifçe fırlatılan bir tenis topunun size çarptığını düşününüz. Büyük olasılıkla sizi yaralamaz. Şimdi de daha hızlı hareket eden bir tenis topunun size çarptığını varsayınız. Aradaki farkı hissedebilirsiniz. Cisim ne kadar hızlı hareket ederse kinetik enerjisi o kadar fazladır. Öyleyse kinetik enerji cismin hızıyla doğrudan ilişkilidir. Bir filin koşarken sahip olduğu kinetik enerjisi, yürürken sahip olduğu kinetik enerjisinden daha büyüktür. Bir kayakçının kinetik enerjisi tepeden aşağıya inerken mi, düz alanda mı daha fazladır? Aynı hızdaki her cismin kinetik enerjisi de aynı mıdır? Yine tenis topunu düşününüz. Bu kez tenis topunun sahada yuvarlanarak ayağınıza çarptığını varsayınız. Bu olayı aynı hızla yuvarlanan bir futbol topunun ayağınıza çarpmasıyla karşılaştırınız. Futbol topu tenis topuna göre çok daha kolay fark edilebilir. Çünkü futbol topunun enerjisi tenis topunun enerjisine göre daha fazladır. 40km/h hızla hareket eden bir savaş gemisi, aynı hızla uçan bir sivrisineğe göre daha fazla kinetik enerjiye sahiptir. Öyleyse kinetik enerji hızın yanı sıra başka bir etkene daha bağlı olmalıdır. Bu etken sizin de anladığınız gibi hareketli cismin kütlesidir. 6/22 O zaman kinetik enerjiyi formülize edersek: 2 Kütle H lz Kinetik Enerji = 2 m v 2 1 mv E k= 2 Ek m Kinetik Enerji Kütle H lz J kg m/s v 7/22 Cisimlerin hareketleri nedeniyle iş yapabildiğini öğrendiniz. Bazı cisimler konumları ya da şekilleri nedeniyle iş yapar. Potansiyel enerji konum enerjisidir. Esnetilmiş bir lâstiğin oda içinde uçma potansiyeli vardır. Kurulmuş bir saat yayını da potansiyel enerjisi vardır. Saatin kurulmuş yayı açılırken akrep ve yelkovanı hareket ettirme potansiyeli vardır. Yüksekte tutulan bir tuğla, kazığın üstüne düşerse onun yere çakılmasını sağlayabilir. Potansiyel enerjiyle iş arasındaki ilişki, kinetik enerjiyle iş arasındaki ilişkiden daha farklıdır. Kinetik enerjisi olan bir cisim hareket eder ve iş yapar, fakat potansiyel enerjisi olan cisim hareket etmez ve iş yapmaz. Bunun yerine üzerinde yapılan işle ona aktarılan enerjiyi depolar. Bu cismin depoladığı enerjiyi geri vererek iş yapma potansiyeli (yeteneği) vardır. Okun yayını çeken kişi yay üzerinde iş yapar. Yapılan iş yayda potansiyel enerji olarak depolanır. Tuğla yukarı kaldırılırken üzerinde iş yapıldığı için potansiyel enerji kazanır. 1 m yükseklikte bir tramplenin kenarında durduğunuzu varsaydığınızda bir enerjiye sahip olduğunuzu düşünür müsünüz? Büyük olasılıkla hareket etmediğiniz için enerjinizin de olmadığını düşünürsünüz. Kinetik enerjinizin olmadığı doğrudur. Fakat bir potansiyel enerjiniz vardır. Potansiyel enerjiniz suyun yüzeyinden yukarıda bulunmanızdan kaynaklanır. Eğer 3 m yükseklikte bir tramplendeyseniz 1 m’lik tramplene göre 3 kat daha fazla potansiyel enerjiniz vardır. Yüksekliğe bağlı olan potansiyel enerji, çekim potansiyel enerjisi adıyla bilinir. Bir şelâle, bir asma köprü, düşen bir çığ çekim potansiyel enerjisine sahiptir. Ağırlık, bir cismin sahip olduğu çekim potansiyel enerjisini belirler. Deneyimlerinizden çekim potansiyel enerjisinin, ağarlığa bağlı olduğunu önceden biliyor olabilirsiniz. Sırtınızda ağır bir sırt çantası varken sahip olduğunuz çekim potansiyel enerjisi, hafif bir çanta varken sahip olduğunuz enerjiden fazladır. Öyleyse çekim potansiyel enerjisi ağırlık ve yüksekliğe bağlıdır. O zaman potansiyel enerjiyi formülize edersek: G = m.g olduğundan; 8/22 Enerji Dönüşümü Enerji bir cisimden diğerine aktarılabilir. Bir şekilden bir başka şekle dönüştürülebilir. Enerjinin şekil değiştirmesi enerji dönüşümü olarak bilinir. En sık gerçekleşen enerji dönüşümlerinden biri kinetik enerjinin potansiyel enerjiye, potansiyel enerjinin kinetik enerjiye dönüşmesidir. Yüksekte havada tutulan bir taşın potansiyel enerjisi vardır. Bırakıldığında aşağıya düştükçe yüksekliği azaldığından potansiyel enerjisi de azalır. Fakat hızı artacağından kinetik enerjisi artar. Bir başka deyişle potansiyel enerji kinetik enerjiye dönüştürülür. Benzer biçimde gerilmiş yaydaki potansiyel enerji fırlatılmış oktaki kinetik enerjiye dönüştürülür. 9/22 10/22 Sirkte tramplenden atlayarak gösteri yapan bir fok balığı 6000 J’lük kimyasal enerji harcayarak tramplene çıktığında kimyasal enerjisi çekim potansiyel enerjisine dönüşür. Çekim potansiyel enerjisi 6000 J’dür. Yandaki resimde görüldüğü gibi fok balığı suya atladığında potansiyel enerjisi azalırken, kinetik enerjisi artar. Suya düştüğünde çekim potansiyel enerjisinin çoğu kinetik enerjiye dönüşür. Bu sırada başka enerjiler de dönüşmüş olur. Ancak çok küçük bir miktar olduğundan göz ardı edilebilir. Fok balığının tramplenden suya düşene kadar her konumunda potansiyel ve kinetik enerji toplamının sabit kaldığını görüyorsunuz. DENEY PE = 6000 J KE = 0 PE = 3000 J KE = 3000 J PE = 0 KE = 6000 J 11/22 Evde yaparak deneyiniz. – Bir paket lastiğini iki baş parmağınız arasında esnetiniz. Esnetilmiş durumda hareket ettirmeden tutunuz. Bir süre sonra parmağınız yorulduğunda lastik hareket etmediği halde bir enerjisi olduğunu fark edeceksiniz. Bunun nedeni esnetilmiş lastikte depolanan enerjidir. Enerjinin iş yapabilme yeteneği vardır. Lastiği serbest bıraktığınızda harekete geçer ve önceki durumuna döner. Esnettiğiniz lastikte hissettiğiniz enerji lastiğin esnetilmeden önceki durumuna dönerken sahip olduğu enerjiden farklıdır. Enerjinin bu iki hali kinetik ve potansiyel enerjidir. Esnetildiğinde lastikte hissedilen enerji hareketsiz olmasına karşın depolanan enerji yani potansiyel enerjidir. Lastiğin esnetilmeden önceki durumuna dönerken sahip olduğu enerji hızdan kazandığı kinetik enerjidir. 12/22 Kinetik Enerji Örneği: Aynı otoyol üzerindeki kamyon, minibüs ve otomobilin V/2 kütleleri sırasıyla 2m, m ve m/2 ‘dir. Hızları şekilde verilen kamyon, minibüs ve otomobilin kinetik enerjileri Ek, Em ve Eo arasındaki ilişki aşağıdakilerden hangisidir? V A- Eo = Em = Ek B- Eo > Em > Ek C- Eo < Em < Ek 2V D- Eo < Ek < Em Çözüm: 2 Kütleleri ve hızları verilen araçların kinetik enerjileri Ek =1/2 mv formülü ile bulunur. Buna göre doğru cevap B şıkkıdır. 13/22 Potansiyel Enerji Örneği: İplerle tavana asılmış 1,2 ve 3 cisimleri şekildeki gibi dengededir. İpteki gerilmeler birbirlerine eşit olduklarına göre kütlelerin potansiyel enerjileri E1 , E2 ve E3 arasındaki ilişki aşağıdakilerden hangisidir? A- E1 = E2 = E3 B- E1 < E2 < E3 C- E1 > E2 > E3 D- E1 < E3 < E2 Çözüm: İplerdeki gerilmeler eşit olduklarına göre, iplerin dengeledikleri cisimlerin ağırlık ve kütleleri de eşit olur. Her bir kütlenin potansiyel enerjisi E = mgh bağıntısından hesaplanır. Buna göre doğru cevap D şıkkıdır. h 2 3 1 1 14/22 m L v m Eğik düzlemin alt ucundan v hızıyla fırlatılan m kütleli cisim,şekildeki gibi L noktasında duruyor. Cisim hareketsiz olarak L noktasında kaldığına göre hareket süresince; I) Potansiyel enerjisi artar. II) Kinetik enerjisi sabittir. III) Eğik düzlem yüzeyi sürtünmelidir. İfadelerinden hangileri kesinlikle doğrudur? A Yalnız I B I-III C II-III D I-II-III 21/22 Tebrikler, Doğru Cevabı Seçtiniz! 22/22 Yanlış Cevabı Seçtiniz!!! Lütfen Tekrar Deneyiniz! 2 15/22 X h l Q Uzunluğu 6,4 m olan ve sürtünmesi ihmal edilen eğik düzlemin üst ucundan serbest bırakılan X cismi ,eğik düzlemin alt ucuna ulaştığında kaç m/s hıza sahip olur? (g=10 N/kg ve eğik düzlemin eğimi h/l=1/2) A 4 B 8 C 12 D 15 21/22 Tebrikler, Doğru Cevabı Seçtiniz! 22/22 Yanlış Cevabı Seçtiniz!!! Lütfen Tekrar Deneyiniz! 16/22 3 Vo = 0 Havadaki cismin serbest bırakıldığında giderek hızlanması; I)Enerji dönüşümü II)Yerçekimi kuvveti III)Sürtünme kuvvetinin etkisi Olaylarından hangilerinin ispatında kullanılabilir? Yer A I-II B I-III C II-III D I-II-III 21/22 Tebrikler, Doğru Cevabı Seçtiniz! 22/22 Yanlış Cevabı Seçtiniz!!! Lütfen Tekrar Deneyiniz! 17/22 4 P1 ve P2 ağırlıklı yüklerden oluşan şekildeki sistem,durgun halden serbest bırakıldığında ok yönünde harekete geçiyor. Buna göre; I. Sistemin kinetik enerjisi artar II. Cisimlerin hızları eşittir III. P2 cisminin potansiyel enerjisi azalır ifadelerinden hangileri doğrudur?(sürtünmeler ihmal ediliyor) A Yalnız I B I-II C I-III D I-II-III P1 P2 21/22 Tebrikler, Doğru Cevabı Seçtiniz! 22/22 Yanlış Cevabı Seçtiniz!!! Lütfen Tekrar Deneyiniz! 18/22 5 Havadaki sürtünmeleri ihmal edildiği ortamda düşey doğrultuda yukarı doğru atılan yerdeki bir futbol topu ile ilgili aşağıdakilerden hangisi yanlış olur? A Topun çıkabileceği en yüksek noktada hızı sıfır olur. B Top yükseldikçe potansiyel enerjisi artar. C Top yere, atıldığı ilk hızla düşer. D Hızının sıfır olduğu andaki potansiyel enerjisi yere çarptığı andaki kinetik enerjisine eşittir. 21/22 Tebrikler, Doğru Cevabı Seçtiniz! 22/22 Yanlış Cevabı Seçtiniz!!! Lütfen Tekrar Deneyiniz! 19/22 6 Hareketli iki cismin kütleleri ve kinetik enerjileri birbirine eşit ise cisimlerde aşağıdaki büyüklüklerden hangisi kesinlikle birbirine eşittir? A Hız B Yoğunluk C Hacim D Potansiyel enerji 21/22 Tebrikler, Doğru Cevabı Seçtiniz! 22/22 Yanlış Cevabı Seçtiniz!!! Lütfen Tekrar Deneyiniz! 20/22 7 Bir apartmanın çatısından serbest düşmeye bırakılan cisim için; I II III Potansiyel enerjisi azalır Kinetik enerjisi artar Enerji korunumu sağlanır Yukarıdakilerden hangileri doğrudur? A I-II B I-III C II-III D I-II-III Gösteriyi Bitir 21/22 Tebrikler, Doğru Cevabı Seçtiniz! 22/22 Yanlış Cevabı Seçtiniz!!! Lütfen Tekrar Deneyiniz!
