Enerjinin korunumu yasası ve enerji dönüşümleri: Örnekler

Enerjinin korunumu yasası kapalı bir sistemde toplam enerji miktarının sabit kalacağını söyler. Kapalı sistem çevresinden yalıtılmış, çevresiyle etkileşmeyen, yani dış kuvvetlerin, özellikle de sürtünmenin olmadığı bir sistemdir. Kapalı sistemde çeşitli süreçler sonucunda enerji bir biçimden başka bir biçime dönüşebilir, ama sistemin toplam enerji miktarı hep aynı kalır. Potansiyel enerji kinetik enerjiye dönüşebilir ya da kinetik enerji potansiyel enerjiye dönüşebilir. Ancak iç enerji için durum farklıdır. Mekanik enerji iç enerjiye dönüşebilir, ama tersi olamaz, yani iç enerjinin mekanik enerjiye dönüşmesi mümkün değildir. Her halükarda sistemin toplam enerjisi değişmez, enerjinin korunumu sağlanır. Ama enerji dönüşümü gerçekleşir.

enerjinin korunumu yasası örnekler

Enerji dönüşümleri örnekleri

Enerji yoktan var edilemez ve üretilemez; ayrıca yok edilemez ve tüketilemez. Günlük dilde enerji üretmek, fizik dilinde enerjiyi bir biçimden başka bir biçime dönüştürüp kullanılır hale getirmek demektir. Günlük dilde enerji tüketmek, fizik dilinde enerjinin artık iş yapmak için kullanılamayacak bir biçime dönüşmesi demektir. Aşağıdaki enerji dönüşümü örnekleri bu durumu açıklıyor:

  • Fotovoltaik paneller güneş enerjisini elektrik enerjisine dönüştürür.
  • Bitkiler güneş enerjisini fotosentezle kimyasal enerjiye dönüştürür.
  • Besinlerdeki kimyasal enerji canlılarda kinetik enerjiye dönüştürülür. Bir atın koşabilmesinin nedeni yediği yemdeki kimyasal enerjinin dönüştürülmesidir.
  • Benzindeki kimyasal enerji arabanın motorunda yakılır ve kinetik enerjiye dönüşür.
  • Bir hız treni yokuşun tepesinden aşağı doğru inerken hızlanır. Potansiyel enerjisi kinetik enerjiye dönüşür.

Mekanik enerjinin korunumu

Kapalı ve sürtünmenin olmadığı bir sistemde mekanik enerji korunur. Yani her zaman sabittir, değişmez. Herhangi bir andaki mekanik enerjiyi bilirseniz, sistemin gelecek bir zamandaki enerjisini de bilirsiniz. Mekanik enerjinin ilk değeri son değerine eşit olur, yani değişim sıfıra eşittir.

∆ME = MEson – MEilk = 0

Bu nedenle de:

MEilk = MEson

Yani,

KEilk + PEilk = KEson + PEson

olur.

Mekanik enerjinin korunması kinetik ve potansiyel enerjinin hiç değişmemesi demek değildir. Potansiyel enerji kinetik enerjiye dönüşebilir, ya da tam tersi olabilir. Önemli olan kinetik ve potansiyel enerji toplamının değişmiyor olmasıdır.

mekanik enerjinin korunumu örnekler 1

Yukarıdaki resimde kaykaycı bir rampada bir o yana bir bu yana kayıyor. Rampayla kaykay arasında sürtünme olmadığını varsayıyoruz. Resmin sol tarafındaki grafik bize kinetik (yeşil çubuk), potansiyel (mavi çubuk) ve toplam (sarı çubuk) enerjinin nasıl değiştiğini gösteriyor. Enerjinin korunumu ile ilgili bu resimdeki Enerji Kaykay Parkı PHET simülasyonuyla oynayabilirsiniz.

  • Kaykaylı en yüksek noktaya geldiği zaman tüm mekanik enerjisi potansiyel enerjisine eşit oluyor. Bu noktada duruyor ve hareketinin yönü değişiyor.
  • Kaykaylı rampanın en alt noktasına, yanı tam ortasına geldiği zaman, tüm mekanik enerjisi kinetik enerjisine eşit oluyor. Yerden yüksekliği hiç yok çünkü.
  • En üst ve en alt noktaların aralarındaki tüm noktalarda kinetik enerji ile potansiyel enerjinin toplamı sabit kalıyor. Biri artıp diğeri azalıyor, ama toplamları değişmiyor. Hareketi boyunca potansiyel ve kinetik enerji birbirine dönüşüyor.
  • Mekanik enerji (sarı çubuk) hiç değişmiyor, her zaman sabit.

Sürtünmenin ihmal edilebilecek kadar az olduğu durumlarda sarkaç gibi başka sistemlerde de mekanik enerji korunur. Sarkacın hareketi kaykaylının hareketine çok benzer.

Ayrıca yine sürtünmenin olmadığı bir ortamda havaya bir top atarsanız topun mekanik enerjisi havada kaldığı sürece korunur.

Mekanik enerjinin korunmadığı durumlar: Sürtünme

Sürtünmenin olduğu durumlarda mekanik enerji korunmaz. Çünkü sürtünme kuvveti mekanik enerjiyi iç enerjiye dönüştürür, sıcaklığı artırır. Cismin mekanik enerjisi azalır, iç enerjisi artar. Ancak hala kaykaylıyı ve rampayı bir kapalı sistem olarak alabiliriz. Bu durumda toplam enerji korunur, ama mekanik enerji korunmaz.

mekanik enerjinin korunumu örnekler sürtünme

Yukarıdaki resimde kaykaylı bu kez sürtünmeli bir rampada kayıyor. Resmin sol tarafındaki grafik bize kinetik (yeşil çubuk), potansiyel (mavi çubuk), iç (turuncu) ve toplam (sarı çubuk) enerjinin nasıl değiştiğini gösteriyor.

  • Kaykaylı hareketine ilk başladığında rampada en üst noktada ve toplam enerjisi potansiyel enerjisine eşit.
  • Rampadan aşağı doğru kaydıkça kinetik enerjisi ve iç enerjisi artıyor, potansiyel enerjisi azalıyor.
  • Rampanın diğer tarafında daha az yükselebiliyor. Her gidip gelişinde yüksekliği daha da azalıyor.
  • Hızı da yavaşlıyor. Sonunda rampanın en alt noktasında, ortada duruyor.
  • Hareket boyunca iç enerji hep artıyor. Sonunda toplam enerjiye eşit oluyor.
  • Toplam enerji korunuyor, tüm enerji iç enerjiye dönüşüyor. Ama mekanik enerji korunmuyor. Sonunda ne kinetik ne potansiyel enerji kalıyor.

Gerçek dünyada her zaman sürtünme vardır. Bu nedenle aslında mekanik enerji hiç bir zaman korunmaz. Örneğin, bir topu havaya atarsanız hava sürtünmesi nedeniyle yavaşlar, kinetik enerjisi iç enerjiye dönüşür. Top yere çarpınca ses çıkar, enerjisinin bir kısmı ses enerjisine dönüşür. Bu nedenle yere düşen top bir dahaki sıçramalarında asla ilk çıktığı yüksekliğe erişemez.

Enerjinin Korunumu ve Dönüşümü ile İlgili Kazanımlar

9.4.3.1. Enerjinin bir biçimden diğer bir biçime (mekanik, ısı, ışık, ses gibi) dönüşümünde toplam enerjinin korunduğu çıkarımını yapar.

  • Sürtünmeden dolayı enerjinin tamamının hedeflenen enerji biçimine dönüştürülemeyeceği vurgulanır.
  • Enerji dönüşüm hesaplamalarına girilmez.

9.4.3.2. Canlıların besinlerden kazandıkları enerji ile günlük aktiviteler için harcadıkları enerjiyi karşılaştırır.

  • Canlıların fiziksel anlamda iş yapmadan da enerji harcayabildikleri vurgulanır.
3 Yorum
  1. Şeyma 8 ay önce

    Beğendim

  2. antigravity74100 3 ay önce

    Ben yapılabileceğini iddia ediyorum, İç sistemle çalışan uçan bir ufo benzeri araç enerjinin korunumu yasaları nedeni ile yapılamaz mı. Size göre yapılamazsa lütfen ayrıntılı açıklar mısınız.

    • Yazar
      Fizik Dersi 3 ay önce

      Entropiden dolayı yapılmaz. Daha sonra ayrıntılı bir yazı yazayım bu konuda.

Bir Cevap Bırakın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

*

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

©2018 fizikdersi.gen.tr - Her hakkı saklıdır içerik izinsiz kullanılamaz

Kullanıcı Bilgileriniz İle Oturum Açın

Bilgilerinizi Unuttunuzmu?