Kuvvet, İş ve Enerji İlişkisi: Fiziksel Anlamda İş (FB.7.2.1)
FB.7.2.1. Fiziksel anlamda iş yapılabilmesi için kuvvet ve kuvvet doğrultusunda yer değiştirme koşullarını ayırt eder; yapılan işi W = F · x bağıntısıyla hesaplar.
- Fen bilimlerinde fiziksel anlamda iş yapılabilmesi için cisme kuvvet uygulanması ve cismin uygulanan kuvvetle aynı doğrultuda yer değiştirmesi şarttır.
- Kuvvet uygulandığı hâlde cisim hareket etmiyorsa veya kuvvetin doğrultusu ile hareket doğrultusu birbirine dikse fiziksel anlamda iş yapılmaz (W = 0).
- Yapılan iş (W), uygulanan kuvvet (F) ile kuvvet doğrultusunda alınan yolun (x) çarpımına eşittir: W = F · x.
- Uluslararası birim sisteminde kuvvet birimi Newton (N), yol birimi metre (m) alındığında işin birimi Joule (J) olur (1 J = 1 N · 1 m).
Görseldeki dört durum kartında uygulanan kuvvetlerin yönleri ve cisimlerin hareket durumları belirtilmiştir. Numaralanmış durumların hangilerinde uygulanan kuvvet fiziksel anlamda iş yapmıştır?
- AYalnız 1 ve 3 numaralı durumlarda fiziksel anlamda iş yapılmıştır.
- BYalnız 2 ve 4 numaralı durumlarda fiziksel anlamda iş yapılmıştır.
- C1, 2 ve 3 numaralı durumlarda fiziksel anlamda iş yapılmıştır.
- D2, 3 ve 4 numaralı durumlarda fiziksel anlamda iş yapılmıştır.
Sol sütundaki fiziksel büyüklük ve araçları sağ sütundaki doğru karşılıklarıyla eşleştiriniz.
Görseldeki sütun grafiğinde K ve L cisimlerine yapılan fiziksel işler (J) ile bu cisimlerin kuvvet doğrultusunda aldığı yollar (m) verilmiştir. Grafiğe göre K cismine uygulanan kuvvetin (F_K), L cismine uygulanan kuvvete (F_L) oranı (F_KF_L) kaçtır?
- A12 oranındadır
- B32 oranındadır
- C2 katına eşittir
- D3 katına eşittir
Görseldeki ölçüm kartlarında verilen kuvvet ve yol değerlerini kullanarak yapılan fiziksel işi (Joule cinsinden) tablodaki boşluklara yazınız. İlk satır örnektir.
| Deney / Olay | Uygulanan Kuvvet ve Alınan Yol | Yapılan Fiziksel İş (J) |
|---|---|---|
| 1. Koli itme | F = 25 N (yatay) · x = 4 m (yatay) | 25 · 4 = 100 Joule |
| 2. Kova çekme | F = 40 N (yukarı) · x = 3 m (yukarı) | 40 · 3 = 120 Joule |
| 3. Kaya itme | F = 180 N (yatay) · x = 0 m (hareketsiz) | 180 · 0 = 0 Joule (iş yok) |
| 4. Kızağı çekme | F = 60 N (yatay) · x = 200 cm = 2 m | 60 · 2 = 120 Joule |
Görseldeki yatay yolda X, Y ve Z oyuncak vagonlarına uygulanan kuvvetler ve vagonların kuvvet doğrultusunda aldığı yollar verilmiştir. Vagonlar üzerinde yapılan işlerin (W_X, W_Y, W_Z) büyüklük sıralaması aşağıdakilerden hangisidir?
- AW_X > W_Y > W_Z biçiminde sıralanır
- BW_Z > W_X > W_Y biçiminde sıralanır
- CW_Y > W_Z > W_X biçiminde sıralanır
- DW_Z > W_Y > W_X biçiminde sıralanır
Görseldeki depoda bir görevli, ağırlığı 30 N olan paketi yerden 120 cm yüksekliğindeki rafa sabit süratle kaldırıyor. Görevlinin paket üzerinde yaptığı fiziksel iş kaç Joule’dür? Birim dönüşümünü göstererek hesaplayınız.
Fiziksel anlamda işle ilgili ifadelerden doğru olanların D, yanlış olanların Y kutusunu işaretleyiniz.
| D | Y | |
| Günlük dilde iş sayılan kitap okumak ve zihinden problem çözmek, fen bilimlerinde fiziksel iş sayılmaz. | ✓ | |
| Sırtındaki çantayla durakta otobüs bekleyen öğrenci, çantaya kuvvet uyguladığı için fiziksel iş yapar. | ✓ | |
| Aغaç dalından koparak yere düşen kozalak üzerinde yer çekimi kuvveti fiziksel anlamda iş yapar. | ✓ | |
| Uygulanan kuvvet yarıya indirilip alınan yol sabit tutulursa yapılan fiziksel iş iki katına çıkar. | ✓ | |
| Yatay düzlemde elindeki tepsiyi sallamadan sabit yükseklikte taşıyan garson tepsi üzerinde iş yapmaz. | ✓ |
Görseldeki laboratuvar düzeneğinde bir tahta bloğa yapılan fiziksel işi ölçüp hesaplamak isteyen öğrencinin izlemesi gereken işlem basamaklarını 1’den 4’e kadar sıralayınız.
- 4Ölçülen kuvvet değeri ile alınan yolu çarparak (W = F · x) yapılan işi Joule cinsinden bulmak
- 2Çekme işlemi sırasında dinamometrenin gösterdiği kuvvet değerini Newton (N) cinsinden kaydetmek
- 3Bloğun başlangıç noktası ile bitiş noktası arasındaki yer değiştirmeyi şerit metreyle (m) ölçmek
- 1Tahta bloğa dinamometreyi takarak bloğu yatay masa üzerinde sabit süratle çekmek
İpuçlarına karşılık gelen kavramları kutulara yazınız. Numaralı harflerle cisme kuvvet uygulanarak aldırılan mesafe kavramını bulunuz.
Turuncu kutulardaki harfler yukarıdan aşağıya: YOL
Görseldeki iki aşamalı harekette bir sporcu 1. aşamada 500 N ağırlığındaki halteri yerden 2 metre yukarı kaldırmış, 2. aşamada ise halteri başının üzerinde 4 saniye hareketsiz tutmuştur. Bu iki aşamayla ilgili aşağıdaki yorumlardan hangisi yanlıştır?
- A1. aşamada kuvvet ile hareket aynı doğrultuda olduğu için 1000 Joule iş yapılmıştır.
- B2. aşamada halter yer değiştirmediği için halter üzerinde yapılan fiziksel iş sıfırdır.
- CSporcu her iki aşamada da kaslarını kullanarak yorulmuş ve enerji harcamıştır.
- D2. aşamada geçen 4 saniyelik sürede halter üzerinde 2000 Joule fiziksel iş yapılmıştır.
Cümlelerdeki boşlukları kutudaki uygun kavramlarla tamamlayınız.
- Market arabasını ileri doğru iterken hem uygulanan kuvvet hem de yer değiştirme yatay doğrultuda gerçekleşir.
- Uygulanan kuvvet ile alınan yol doğru orantılı olduğu için biri artarsa yapılan iş de artar.
- Buz üstünde fırlatıldıktan sonra kendi başına kayan taşa elimiz artık kuvvet uygulamadığı için iş yapılmaz.
- 15 Newton kuvvetle 4 metre çekilen bir kızağa toplam altmış Joule fiziksel iş yapılmış olur.
Görseldeki alışveriş sepetini elinde taşıyarak düz koridorda yürüyen Selin, «Sepete yukarı yönde 25 N kuvvet uygulayarak 10 metre yürüdüm, sepete 250 J iş yaptım.» diyor. Selin’in açıklamasındaki bilimsel hatayı doğrultu kavramıyla düzeltiniz.