Kuvvet, İş ve Enerji İlişkisi: İşin Bağlı Olduğu Değişkenler ve Enerji (FB.7.2.1 & FB.7.2.2)
FB.7.2.1. Fiziksel anlamda yapılan işin uygulanan kuvvet ve alınan yola bağlı olduğuna ilişkin deney verilerinden bilimsel çıkarım yapar. · FB.7.2.2. Enerjiyi iş yapabilme yeteneği olarak tanımlayarak iş ile enerji aktarımını ilişkilendirir; kinetik ve potansiyel enerji örneklerini ayırt eder.
- Fiziksel anlamda yapılan iş (W = F · x), uygulanan kuvvet ve kuvvet doğrultusunda alınan yolla doğru orantılıdır; ikisi de iki katına çıkarsa iş dört katına çıkar.
- Deneyde bilerek değiştirilen etkene bağımsız değişken, buna bağlı olarak değişen sonuca bağımlı değişken, sabit tutulan etkene kontrol değişkeni denir.
- Enerji, iş yapabilme yeteneğidir ve birimi iş gibi Joule (J)’dür; bir cisme yapılan iş kadar o cisme enerji aktarılır.
- Hareket eden cisimler kinetik enerjiye, yüksekte bulunan veya sıkıştırılmış/gerilmiş esnek cisimler ise potansiyel enerjiye sahiptir.
Görseldeki deney düzeneğinde tahta kutu, içine ağırlıklar eklenerek her seferinde 2 metre çekilmiş ve veriler tabloya kaydedilmiştir. Bu deneyin değişkenleriyle ilgili aşağıdakilerden hangisi doğrudur?
- ABağımsız değişken uygulanan kuvvet, kontrol değişkeni alınan yoldur.
- BBağımsız değişken yapılan iş, bağımlı değişken alınan yoldur.
- CKontrol değişkeni uygulanan kuvvet, bağımlı değişken kutunun kütlesidir.
- DAlınan yol her denemede değiştirildiği için bağımsız değişkendir.
Görseldeki günlük yaşam olaylarını inceleyerek iş yapan cismi, enerji kazanan cismi ve aktarılan enerji türünü tablodaki boşluklara yazınız. İlk satır örnektir.
| Gerçekleşen Olay | İş Yapan (Enerji Harcayan) | Enerji Kazanan ve Türü |
|---|---|---|
| Futbolcunun duran topa vurması | Futbolcunun ayağı | Top (Kinetik enerji) |
| Vincin yükü yukarı kaldırması | Elektrikli vinç motoru | Yük (Potansiyel enerji) |
| Akan suyun değirmen çarkını döndürmesi | Akan su | Değirmen çarkı (Kinetik enerji) |
| Sıkışmış yayın arabayı fırlatması | Sıkıştırılmış esnek yay | Oyuncak araba (Kinetik enerji) |
Görseldeki vinç, ağırlığı 400 Newton olan sandığı yerden 5 metre yüksekliğe sabit süratle çıkarıyor. Vincin yaptığı iş kaç Joule’dür ve sandık kaç Joule enerji kazanmıştır?
Sol sütundaki fiziksel kavramları sağ sütundaki bilimsel açıklamalarıyla eşleştiriniz.
Görseldeki veri tablosunda K, L ve M denemelerinde uygulanan kuvvetler ve alınan yollar verilmiştir. Tablodaki verilere göre aşağıdaki çıkarımlardan hangisi yanlıştır?
- AK denemesinde yapılan iş 6 Newton ile 2 metrenin çarpımından 12 Joule olur.
- BK ve L denemeleri karşılaştırılırsa işin alınan yola bağlılığı test edilir.
- CL denemesinde yapılan iş, M denemesinde yapılan işten daha büyüktür.
- DK denemesinden M denemesine hem kuvvet hem yol üç katına çıkmıştır.
İş, enerji ve değişkenlerle ilgili ifadelerden doğru olanların D, yanlış olanların Y kutusunu işaretleyiniz.
| D | Y | |
| Enerjisi olmayan bir cisim başka bir cisme kuvvet uygulayarak fiziksel anlamda iş yapamaz. | ✓ | |
| Fiziksel anlamda işin birimi Joule (J) iken enerjinin uluslararası birimi Newton (N) olarak kullanılır. | ✓ | |
| Uygulanan kuvvet sabit tutulup alınan yol dört katına çıkarılırsa yapılan iş de dört katına çıkar. | ✓ | |
| Ağır bir çantayı yerden kaldırmadan elinde sabit tutan öğrenci çantaya sürekli enerji aktarır. | ✓ | |
| Yüksekteki baraj gölünde biriken su ve sıkıştırılmış yay potansiyel enerjiye örnek gösterilir. | ✓ |
Görseldeki deneyde 1. durumda yerde hareketsiz duran top kutuyu itemezken, 2. durumda hızla yuvarlanan top kutuya çarparak kutuyu 3 metre öteye itiyor. Bu gözlemden çıkarılabilecek en kapsamlı sonuç aşağıdakilerden hangisidir?
- AHareketsiz cisimler her durumda çevrelerindeki kutulara enerji aktarır.
- BHareket eden top kinetik enerjiye sahip olduğu için kutu üzerinde iş yapmıştır.
- CKutunun yer değiştirmesi sırasında topun enerjisi hiç değişmeden sabit kalmıştır.
- DFiziksel anlamda iş yapılabilmesi için cisimlerin yer değiştirmemesi gerekir.
Görseldeki «Yapılan iş, alınan yolla doğru orantılıdır.» hipotezini sınamak isteyen bir öğrencinin izlemesi gereken deney adımlarını 1’den 4’e kadar sıralayınız.
- 1Özdeş kutuyu dinamometreye bağlayarak her denemede uygulanacak kuvveti 10 Newton değerinde sabit tutmak
- 4Yol arttıkça yapılan işin de aynı oranda arttığını grafik ve tablo üzerinde göstererek hipotezi doğrulamak
- 2Kutuyu yatay zeminde sırasıyla 1 metre, 2 metre ve 3 metre çekerek alınan yolları metreyle ölçmek
- 3Her deneme için kuvvet ile alınan yolu çarparak yapılan işleri 10 J, 20 J ve 30 J olarak hesaplamak
Görseldeki enerji kaynakları şemasında günlük yaşamda iş yapan araç ve yapıların kullandığı enerji kaynakları eşleştirilmiştir. Hangi satırdaki eşleştirme doğrudur?
- A1. satırdaki merdiven çıkan bacak kasları — Elektrik enerjisi
- B2. satırdaki yük taşıyan asansör motoru — Besinlerdeki enerji
- C3. satırdaki tahıl öğüten yel değirmeni — Rüzgâr (hareket) enerjisi
- D4. satırdaki yokuş çıkan kamyon motoru — Durgun su enerjisi
Görseldeki dört enerji kartında farklı cisimlerin durumları verilmiştir. Numaralanmış kartlardan hangisinde cismin sahip olduğu enerji türü diğerlerinden farklıdır?
- A1 numaralı karttaki rüzgârla dönen yel değirmeni kanadı
- B2 numaralı karttaki nehirde hızla akan su kütlesi
- C3 numaralı karttaki pistte koşan atlet
- D4 numaralı karttaki kitaplığın en üst rafında duran vazo
İpuçlarına karşılık gelen kavramları kutulara yazınız. Numaralı kutulardaki harfler, iş ve enerjinin ortak birimini verir.
Turuncu kutulardaki harfler yukarıdan aşağıya: JOULE
Cümlelerdeki boşlukları kutudaki uygun kavramlarla tamamlayınız.
- Bir cisme fiziksel anlamda iş yapıldığında o cisme yapılan iş kadar enerji aktarılır.
- Deneyde etkisini incelemek için bizim değiştirdiğimiz değişkene bağımsız değişken denir.
- Hareket hâlindeki cisimlerin hareketlerinden dolayı sahip olduğu enerjiye kinetik enerji denir.
- Alınan yol sabitken uygulanan kuvvet üç katına çıkarılırsa yapılan iş üç katına çıkar.
Görseldeki iki durumdan 1. durumda koli sabit tutulurken, 2. durumda koli üst rafa kaldırılıyor. Hangi durumda enerji harcandığı hâlde koli üzerinde fiziksel anlamda iş yapılmaz? Nedenini açıklayınız.