Kazanımlar

 F.7.3.3. Enerji Dönüşümleri
Önerilen Süre: 8 ders saati
Konu / Kavramlar: Enerjinin korunumu, sürtünme ile kinetik enerji kaybı, hava ve su direnci
F.7.3.3.1. Kinetik ve potansiyel enerji türlerinin birbirine dönüşümünden hareketle enerjinin korunduğu sonucunu çıkarır.
F.7.3.3.2. Sürtünme kuvvetinin kinetik enerji üzerindeki etkisini örneklerle açıklar.
a. Sürtünme kuvvetinin kinetik enerji üzerindeki etkisinin örneklendirilmesinde sürtünmeli yüzeyler, hava direnci ve su direnci dikkate alınır.
b. Sürtünen yüzeylerin ısındığı, basit bir deneyle gösterilerek kinetik enerji kaybının ısı enerjisine dönüştüğü vurgulanır.
F.7.3.3.3. Hava veya su direncinin etkisini azaltmaya yönelik bir araç tasarlar.
a. Hava veya su direncinin farklı taşıtların tasarımındaki etkisine değinilir.
b. Tasarımlar çizimle ortaya konulur, üç boyutlu bir ürüne dönüştürülmez.

• Canlılar ve makineler çalışabilmek için enerjiye ihtiyaç duyar.
• Çevremizde kinetik enerji, potansiyel enerji, ısı enerjisi, ışık enerjisi, kimyasal enerji, elektrik enerjisi gibi birçok enerji türü bulunur.
• Bu enerjiler uygun şartlarda birbirine dönüşebilir.

1) Enerjinin Korunumu Kanunu

• Enerjinin yoktan var edilemeyeceğini ve var olan enerjinin yok edilemeyeceğini; sadece bir türden başka bir türe dönüşebileceğini söyleyen temel fizik ilkesine enerjinin korunumu kanunu denir.
• Bu ilke 1840’lı yıllarda Julius Robert von Mayer tarafından ortaya atılmış, ardından Joule ve Helmholtz gibi bilim insanları tarafından yapılan çalışmalarla desteklenmiştir.
• Enerji yoktan var edilemez, var olan enerji de yok edilemez; sadece bir türden başka bir türe dönüşür ve toplam enerji miktarı her zaman aynı kalır.
• Sürati olan cisim kinetik enerjiye sahiptir.
• Yüksekte duran cisim potansiyel enerjiye sahiptir.
• Sıkıştırılmış ya da gerilmiş yay esneklik potansiyel enerjiye sahiptir.
• Bir cisim aynı anda birden fazla enerji türüne sahip olabilir (örneğin hem yüksekte olup hem de hareket eden bir cisimde hem potansiyel hem kinetik enerji bulunur).
• Mekanik enerji, bir cismin potansiyel enerjisi ile kinetik enerjisinin toplamıdır. Sürtünmenin olmadığı (ihmal edildiği) durumlarda mekanik enerji değişmez; yani cismin toplam enerjisi sabit kalır.
• Mekanik Enerji = Kinetik Enerji + Potansiyel Enerji

2) Enerji Dönüşüm Örnekleri

A. Sarkaçta Enerji Dönüşümü

Aşağıda ipin ucuna bağlanmış bir top sağa sola doğru hareket etmektedir. Burada potansiyel ve kinetik enerji dönüşümleri vardır.

• 1 den 2 ye giderken yükseklik azalacağı için potansiyel enerji azalır, kinetik enerji artar.
• 2 den 3 e giderken yükseklik artacağı için potansiyel enerji artar, kinetik enerji azalır.
• Potansiyel enerjinin en fazla olduğu 1 ve 3 tür.
• Kinetik enerjinin en fazla olduğu 2’dir.
• Mekanik enerji (potansiyel ve kinetik enerjinin toplamı) değişmez.(Sürtünmeler ihmal edilmelidir.)

B. Kaykay Pistinde Enerji Dönüşümü

Sürtünmesiz kaykay pistinde K noktasından bırakılan futbol topu,

• A ve C noktalarında potansiyel enerji en fazla, kinetik enerji sıfırdır.
• B noktasında kinetik enerji en fazla potansiyel enerji sıfırdır.
• A noktasından B noktasına giderken potansiyel enerji azalır, kinetik enerji artar.
• B noktasından C noktasına giderken potansiyel enerji artar, kinetik enerji azalır.
• C noktasından B noktasına giderken potansiyel enerji azalır, kinetik enerji artar.
• B noktasından A noktasına giderken potansiyel enerji artar, kinetik enerji azalır.

C. Aşağıdan Yukarı Fırlatılan Topun Enerji Dönüşümü

• Aşağıdan yukarıya fırlatılan topun kinetik enerjisi vardır.
• Yukarı doğru çıkarken kinetik enerji azalır, potansiyel enerji artar.
• En tepe nokta olan M noktasında kinetik enerjinin tamamı potansiyel enerjiye dönüşür. M noktasında kinetik enerji sıfır olduğu için top durur.
• Yukarıdan aşağı inerken topun potansiyel enerji azalır, kinetik enerji artar.

D. Yay ile Okun Fırlatılmasında Enerji Dönüşümleri

• 1. durumdan 2. duruma geçerken esneklik potansiyel enerjisi oluşur.
• 2. durumdan 3. duruma geçerken esneklik potansiyel enerjisi kinetik enerjiye dönüşür.

• Bu enerjiler çeşitli olaylarda birbirine dönüşmektedir. 
• Sıkıştırılmış yayda esneklik potansiyel enerjisi kinetik enerjiye dönüşür.
• Salıncakta sallanan kişide çekim potansiyel ve kinetik enerji dönüşümleri görülmektedir.
• Sarkaçlı saatte çekim potansiyel ve kinetik enerji dönüşümü gerçekleşir.

3) Sürtünme Kuvvetinin Kinetik Enerji Üzerindeki Etkisi

Hareket eden cisimlerde kinetik enerji bulunur. Sürtünme kuvveti hareket eden cisimlerin hareketini zorlaştırdığından dolayı kinetik enerjide azalmaya neden olur. Sürtünme kuvveti kinetik enerjinin ısı enerjisine dönüşmesine neden olur.

Sürtünme Kuvvetinin Özellikleri

• Hareketi yavaşlatır veya durdurur.
• Cismin hareket etmesini zorlaştırabilir.
• Hareketin ters yönünde etki eder.
• Temas varsa vardır. Havasız ortamda (örneğin uzayda) sürtünme yoktur.
• Yüzeyin pürüzlülüğüne göre azalır ya da artar.
• Sürtünme kuvveti sürtünen yüzeyin cinsine ve cismin ağırlığına bağlıdır.
• Sürtünen yüzeyin büyüklüğüne bağlı değildir.
• Sürtünme sonucu ısı oluşur.

Sürtünme Kuvveti Nasıl Azaltılır?

• Yüzeyler cilalanır → Kayganlaşır.
• Tekerlek kullanılır → Temas azalır.
• Yağ sürülür → Makinelerde sürtünme azalır.
• Zemin ıslanır → Kayganlık artar (bu yüzden ıslak zeminde düşebiliriz)

Sürtünme Kuvveti Nasıl Artırılır?

• Pürüzlü yüzeyler kullanılır → Girinti çıkıntı artar
• Zemin kum veya halı ile kaplanır → Kaymayı önler
• Lastik veya tırtıklı tabanlar tercih edilir → Zemine daha iyi tutunur
• Araçlara kış lastiği ve zincir takılır → Karlı ve buzlu zeminde sürtünme artırılır

Hava Direnci Nedir?

• Havanın, hareket eden cisimlere karşı koymasına hava direnci denir.
• Bir cismin yüzey alanı ne kadar büyükse, üzerine etki eden hava direnci de o kadar fazla olur.

• Örneğin, bir kâğıt açık halde bırakıldığında yavaş düşerken, buruşturulduğunda yüzey alanı küçüldüğü için hava direnci azalır ve daha hızlı düşer.
• Uçak inişinde flaplar açılır → Hava direnci artar, uçak yavaşlar.
• Hava direnci azaltılırsa araçlar daha hızlı gider ve daha az enerji harcar.
• Paraşüt → Açıldığında hava direnci artar, paraşütçü güvenli iner.

Su Direnci Nedir?

• Suyun, içinden geçen cisimlere karşı koymasına su direnci denir.
• Gemilerin önü “V” şeklinde olur → Hem su hem hava direncini azaltsın diye
• Yüzmeye çalışırken su sizi yavaşlatır → Su direncidir
• Denizaltıların önü yuvarlak ve sivri yapılır → Suda daha rahat ilerlesin diye

Su Direnci Hava Direncinden Neden Fazladır?

• Cisimler hareket ederken bulundukları ortam tarafından bir dirençle karşılaşır. Bu direnç havadaysa hava direnci, suyun içindeyse su direnci olarak adlandırılır.

• Su, havaya göre daha yoğun ve daha ağır bir madde olduğu için, cisimler suyun içinde hareket ederken daha fazla zorlanır.
• Örneğin elini havada kolayca hareket ettirebilirsin. Ama elini su dolu bir kaba soktuğunda daha yavaş ve zor hareket eder. Çünkü su direnci daha fazladır.