2. Ünite: Kuvvet ve Enerjiyi Keşfedelim — Enerji Dönüşümleri, Enerjinin Korunumu İlkesi ve Sürtünme Kuvvetinin Kinetik Enerjiye Etkisi (Hava ve Su Direnci)
FB.7.2.3. Sarkaç, kaykay pisti, serbest düşen cisim ve yay düzeneklerinde kinetik ve potansiyel enerjinin birbirine dönüşüm örüntülerini belirleyerek toplam enerjinin korunduğunu geneller. · FB.7.2.4. Sürtünme kuvvetinin (yüzey sürtünmesi, hava direnci ve su direnci) kinetik enerjiyi ısı enerjisine dönüştürmesini ve araç tasarımlarına etkisini açıklar.
- Sürtünmesiz bir kaykay pistinde veya sarkaçta cisim aşağı inerken çekim potansiyel enerjisi azalır ve aynı miktarda kinetik enerjiye dönüşür; yukarı çıkarken kinetik enerji çekim potansiyeline dönüşür.
- Enerjinin korunumu ilkesine göre enerji vardan yok olmaz, yoktan da var edilemez; sürtünmesiz ortamda mekanik enerji (Ep + Ek), sürtünmeli ortamda ise ısı dahil toplam enerji daima sabit kalır.
- Sürtünmeli yüzeylerde yavaşlayan cisimlerin azalan kinetik enerjisi temas yüzeylerinde ısı enerjisine dönüşür (fren balatalarının ısınması, gök taşlarının atmosferde yanması).
Günlük yaşamda gözlemlenen olayları gerçekleşen temel enerji dönüşümü veya bilimsel açıklamayla eşleştiriniz.
Görseldeki sürtünmesiz U biçimli kaykay pistinin P noktasından (yerden 6 m yükseklikten) 180 Joule çekim potansiyel enerjisiyle serbest bırakılan kaykay, R tabanından geçip S noktasına
- AYerden 3 m yükseklikteki ara noktada 90 J potansiyel ve 90 J kinetik enerjiye sahiptir.
- BEn alt R noktasından geçerken kinetik enerjisi sıfır, potansiyel enerjisi 180 Joule olur.
- CKarşıdaki S noktasında 6 metreden daha yüksek bir konuma çıkarak toplam enerjisini artırır.
- DP noktasından R noktasına inerken toplam mekanik enerjisi 180 Joule’den 90 Joule’e düşer.
Görseldeki sürtünmeli sarkaçta 30 cm yükseklikteki K noktasından bırakılan küre, karşı tarafta en fazla 22 cm yükseklikteki N noktasına çıkabilmiştir. Kürenin 30 cm
Görseldeki dört mühendislik ve doğa kartını inceleyerek ilgili olduğu direnç türünü (Hava / Su direnci) ve tasarımın amacını (Artırmak / Azaltmak)
| Tasarım veya Doğa Örneği | İlgili Direnç Türü | Uygulamanın Amacı |
|---|---|---|
| 1. Göçmen kuşların V diziliminde uçması | Hava direnci | Direnci azaltmak |
| 2. Kargo uçaklarının arkasına açılan fren paraşütü | Hava direnci | Direnci artırmak |
| 3. Denizaltı ve gemi pruvasının V biçimli olması | Su direnci | Direnci azaltmak |
| 4. Yüzücülerin özel kaygan bone ve mayo giymesi | Su direnci | Direnci azaltmak |
Enerji dönüşümleri, enerjinin korunumu ve akışkan direnciyle ilgili yargılardan doğru olanlara D, yanlış olanlara Y kutusunu işaretleyiniz.
| D | Y | |
| Sürtünmesiz bir sistemde cismin çekim potansiyel enerjisindeki azalma miktarı, kinetik enerjisindeki artış miktarına eşittir. | ✓ | |
| Sürtünmeli yatay yolda duran bir takozun kaybettiği kinetik enerji tamamen yok olmuş ve toplam enerji korunmamıştır. | ✓ | |
| Cismin havayla temas eden yüzey alanı ve sürati arttıkça cisme etki eden hava direnci de artar. | ✓ | |
| Deniz suyunun tanecik yoğunluğu havadan fazla olduğu için su içinde yürümek havada yürümekten daha zordur. | ✓ | |
| Trambolin üzerinde zıplayan bir çocuğun trambolini aşağı doğru esnettiğinde enerjisi nükleer enerji olarak depolanır. | ✓ |
Cümlelerdeki boşlukları kutuda verilen uygun bilimsel kavramlarla tamamlayınız.
- Uçak, roket ve yarış araçlarının hava direncini azaltacak biçimde sivri tasarlanmasına aerodinamik yapı denir.
- Yüksekten esnek bir yayın üzerine bırakılan bilyenin enerjisi yay sıkıştığında esneklik potansiyel enerjisine dönüşür.
- Soğuk havalarda ellerimizi birbirine sürttüğümüzde ısınması, kinetik enerjinin ısı enerjisine dönüşmesidir.
- Sürtünmesiz ortamda hareket eden bir sarkacın her noktada mekanik enerjisi sabit kalır.
Görseldeki düzenekte H yüksekliğinden serbest bırakılan demir küre, eğik düzlemden inerek yatay yoldaki sarmal yayı maksimum sıkıştırmaktadır. Ortam sürtünmesiz olduğuna göre
- AEsneklik potansiyel → Çekim potansiyel → Kinetik enerji
- BÇekim potansiyel → Kinetik enerji → Esneklik potansiyel enerji
- CKinetik enerji → Isı enerjisi → Çekim potansiyel enerji
- DÇekim potansiyel → Kimyasal enerji → Isı enerjisi
Görseldeki deneyde özdeş X ve Y oyuncak paraşütlerine eşit kütleli yükler bağlanıp aynı yükseklikten aynı anda bırakılıyor. Kubbe alanı 400 cm² olan Y paraşütünün, 100 cm² olan X
- AY paraşütüne etki eden yer çekimi kuvvetinin sıfır olması
- BX paraşütünün kubbe yüzeyinin daha fazla hava direnci oluşturması
- CY paraşütünün temas yüzeyi geniş olduğu için hava direncinin daha büyük olması
- DHava ortamında yüzey alanı büyüdükçe hava sürtünmesinin azalması
Görseldeki deneyde özdeş iki metal küre aynı anda eşit yükseklikteki K (hava dolu) ve L (gliserin/sıvı dolu) silindirlerine bırakılıyor. Kürelerin tabana ulaşma
Görseldeki hidroelektrik santrali ve rampa modelinde suyun barajdan bırakılıp oyuncak vagonu çıkarmasına kadar gerçekleşen dönüşüm
- 4Vagonun eğik rampada yukarı çıkarken kinetik enerjisinin tekrar çekim potansiyel enerjisine dönüşmesi
- 1Baraj gölünde yüksekte biriktirilen durgun suda çekim potansiyel enerjisinin depolanması
- 2Kapaklar açıldığında hızla aşağı akan suyun çekim potansiyel enerjisinin kinetik enerjiye dönüşmesi
- 3Hızla akan suyun çarkı döndürerek yatay yoldaki vagona kinetik enerji kazandırması
Görseldeki sütun grafiğinde pürüzlü (sürtünmeli) bir yolda hareket eden K cisminin T1 ve T2 anlarındaki Kinetik (Ek), Potansiyel (Ep) ve Isıya dönüşen (Eısı) enerjileri
- AT1 anında cismin mekanik enerjisi 100 Joule iken T2 anında mekanik enerjisi 70 Joule’dür.
- BT1 anından T2 anına gelinirken azalan 30 Joule mekanik enerji ısı enerjisine dönüşmüştür.
- CHer iki anda da sistemdeki toplam enerji (Ek + Ep + Eısı = 100 J) korunmuştur.
- DSürtünme kuvveti cismin hem mekanik enerjisini hem de toplam enerjisini 100 J artırmıştır.
İpuçlarındaki kavramları kutulara yazınız. Numaralı harflerle «hava ve su ortamının hareket eden cisimlere uyguladığı zorlaştırıcı
Turuncu kutulardaki harfler yukarıdan aşağıya: DİRENÇ