Merhaba sevgili öğrencilerim! Bugün sizlerle birlikte fen bilimleri dersinde öğrendiklerimizi pekiştirecek harika bir alıştırma yapacağız. Hazırsanız, başlayalım!
—
**A) Aşağıdaki soruları cevaplayınız.**
**1. 2 saat kitap okuyan bir öğrenci fiziksel anlamda iş yapar mı? Niçin?**
Hayır, 2 saat kitap okuyan bir öğrenci fiziksel anlamda iş yapmaz.
Çünkü fiziksel anlamda iş yapabilmek için bir cisme bir kuvvet uygulanmalı ve cisim bu kuvvet doğrultusunda yer değiştirmelidir. Kitap okurken uygulanan kuvvet, öğrencinin kendi vücuduna uyguladığı kas kuvvetidir ve bu kuvvet, öğrencinin yer değiştirmesine neden olmaz. Beyin aktiviteleri de fiziksel anlamda iş olarak kabul edilmez.
**2. Dalından kopan bir elma yere düşerken iş yapar mı? Niçin?**
Evet, dalından kopan bir elma yere düşerken iş yapar.
Bunun sebebi, elmaya yer çekimi kuvvetinin etki etmesi ve elmanın bu kuvvet doğrultusunda (aşağı doğru) yer değiştirmesidir. Yer çekimi kuvveti elmayı aşağı doğru çeker ve elma da bu çekim doğrultusunda hareket ederek (yol alarak) iş yapmış olur.
**3. Şekil-1’deki özdeş A ve B cisimlerine eşit kuvvetler uygulanarak yatay bir düzlem üzerinde A cismine 5 m, B cismine 7 m yol aldırılıyor.**
Bu soruyu iki kısımda inceleyelim:
a) Hangi durumda daha çok iş yapılmıştır? Niçin?
Şekil-1’e baktığımızda, A ve B cisimlerine uygulanan kuvvetlerin eşit olduğunu görüyoruz. Ancak, B cismi, A cisminden daha fazla yol almıştır (7 m’ye karşılık 5 m).
Fizikte işin formülü şöyledir:
İş = Kuvvet x Yol
Bu formüle göre, kuvvet aynı olduğunda, yol ne kadar uzun olursa yapılan iş de o kadar fazla olur.
Bu yüzden, B cismine daha fazla yol aldırıldığı için daha çok iş yapılmıştır.
b) Şekil-2’deki A ve B cisimleri üst üste konularak cisimlere eşit büyüklükte kuvvetler uygulanarak 5 m ve 7 m yol aldırdığında yapılan işlerin büyüklük sırası ne olur?
Şekil-2’de, A ve B cisimleri üst üste konulmuş ve bunlara eşit kuvvet uygulanmış. Bu durumda cisimlerin toplam kütlesi artmış olur. Ancak soruda bize uygulanan kuvvetlerin eşit olduğu belirtilmiş.
Yine iş formülümüzü hatırlayalım: İş = Kuvvet x Yol
Her iki durumda da (A ve B cisimleri ayrı ayrı veya üst üste konulmuş olsa bile) uygulanan kuvvetler eşit ve alınan yollar da yine aynı şekilde (birinde 5 m, diğerinde 7 m) verilmiş.
Bu durumda, uygulanan kuvvetler eşitse, daha fazla yol alan cisim için daha çok iş yapılmış olur.
Yani, yine 7 m yol alan cisim için daha çok iş yapılmıştır. Uygulanan kuvvetin büyüklüğü aynı kaldığı sürece, cisimlerin üst üste konulması, sadece toplam kütleyi artırır, ama işin hesaplanmasında doğrudan bir etki yaratmaz (eğer sürtünme kuvveti gibi başka faktörler işin içine girmezse).
Bu soruda, kuvvetler eşit ve yollar farklı verilmiş. Bu yüzden, 7 m yol alan durumda yapılan iş, 5 m yol alan durumdaki işten daha fazladır.
Yapılan işlerin büyüklük sırası şu şekilde olur:
İş (7 m yol) > İş (5 m yol)
c) Yapılan işlerin birimi nedir?
Fizikte yapılan işin birimi Joule (J)‘dur. Kuvvetin birimi Newton (N) ve yolun birimi metre (m) olduğunda, işin birimi Newton-metre (N.m) olur ki bu da Joule’e eşittir.
Yani, yapılan işin birimi Joule‘dur.
**4. Eşit süratle hareket eden kamyon ve otomobilden hangisinin kinetik enerjisi daha büyüktür? Niçin? (Araçlar eşit yol almaktadır.)**
Bu soruda, kamyon ve otomobil eşit süratle hareket ediyor ve eşit yol alıyor. Kinetik enerji, cismin hareketinden dolayı sahip olduğu enerjidir ve şu formülle hesaplanır:
Kinetik Enerji = 1/2 x Kütle x Sürat²
Soruda süratlerin eşit olduğu belirtilmiş. Yani formüldeki sürat² kısmı her iki araç için de aynı olacaktır.
Peki, kamyon ve otomobilin kütleleri hakkında ne söyleyebiliriz? Genel olarak, bir kamyonun kütlesi bir otomobilin kütlesinden çok daha fazladır.
Kinetik enerji formülüne baktığımızda, kütle arttıkça kinetik enerjinin de artacağını görüyoruz (sürat sabitken).
Bu nedenle, kamyonun kütlesi daha fazla olduğu için, eşit süratle hareket ettiklerinde kamyonun kinetik enerjisi otomobilin kinetik enerjisinden daha büyük olacaktır.
Sonuç: Kamyonun kinetik enerjisi daha büyüktür.
Neden: Çünkü kamyonun kütlesi, otomobilin kütlesinden daha fazladır ve kinetik enerji, kütle ile doğru orantılıdır.
—
**B) Aşağıdaki kavram haritasında noktalı yerleri kutucuklardaki kavramlardan uygun olanlarıyla tamamlayınız.**
Bu kısımda, verilen kavramları kullanarak enerji ile ilgili kavram haritasını tamamlamamız isteniyor. Kavram haritasını adım adım inceleyelim:
Adım 1: Ana Kavramı Belirleme
Haritanın ortasında büyük bir kutucukta Enerji yazıyor. Bu, haritanın ana teması.
Adım 2: Enerjinin Çeşitlerini Bulma
Enerji kutucuğundan çıkan oklar, enerjinin farklı türlerini gösteriyor. “çeşididir” yazan okların ucunda boşluklar var. Bu boşluklara gelebilecek enerji çeşitlerini düşünelim:
- Bir kutucuktan “Potansiyel enerji” yazan bir yer çıkıyor.
- Diğer bir kutucuktan ise “Esneklik potansiyel enerjisi” yazan bir yer çıkıyor.
- Bir de “yapabilme yeteneğidir” yazan bir kutucuktan “Enerji”ye doğru bir ok var. Buraya da enerjinin genel tanımını düşünebiliriz.
Haritadaki bağlantılara göre, “Enerji”nin çeşitleri arasında Potansiyel enerji ve Kinetik enerji (hareket enerjisi) bulunur. Bu nedenle, ilk boşluklara Potansiyel enerji ve Kinetik enerji gelmelidir. Bir de sorunun bağlamında Sürat ve Yükseklik gibi kavramlar da enerji ile ilişkilidir.
Adım 3: Potansiyel Enerjinin Türlerini ve Bağlı Olduğu Şeyleri Belirleme
Potansiyel enerji kutucuğundan çıkan oklar var. Bir ok, “ağırlık” ile ilgili bir yere gidiyor. Bir diğeri ise “yükseklik” ile ilgili bir yere.
- Yer çekimi potansiyel enerjisi, cismin kütlesine ve yerden yüksekliğine bağlıdır.
- Dolayısıyla, potansiyel enerji kutucuğundan çıkan okların birinde Ağırlık (ki bu da kütle ile ilgilidir) ve diğerinde Yükseklik olmalıdır.
Adım 4: Esneklik Potansiyel Enerjisini Belirleme
Esneklik potansiyel enerjisi, yay gibi esnek cisimlerin sıkıştırılması veya gerilmesiyle depolanan enerjidir. Bu enerji, cismin esneklik özelliğine ve sıkışma miktarına (veya gerilme miktarına) bağlıdır.
- Bu nedenle, “Esneklik potansiyel enerjisi” kutucuğundan çıkan okların birinde Esneklik özelliği ve diğerinde Sıkışma miktarı (veya Gerilme miktarı) olmalıdır.
Adım 5: Enerjinin Dönüşümünü ve İlişkili Kavramları Tamamlama
Haritada “Enerji” kutucuğundan çıkan oklar, enerjinin türlerinin birbirine dönüşebileceğini gösteriyor. Ayrıca, iş yapabilme yeteneği de enerji ile doğrudan ilişkilidir.
- Kinetik enerji, cismin hareketinden dolayıdır ve sürat ile ilgilidir.
- Potansiyel enerji, cismin konumundan veya durumundan kaynaklanır.
- Soruda verilen kutucuklar şunlardır: İş, Kinetik enerji, Sürat, Gerilme miktarı, Kütle, Çekim potansiyel enerjisi, Yükseklik, Sıkışma miktarı.
Şimdi bu bilgileri kullanarak boşlukları dolduralım:
Enerji‘nin çeşitleri: Kinetik enerji ve Potansiyel enerji (ve Esneklik potansiyel enerjisi).
Potansiyel enerji‘nin türleri: Çekim potansiyel enerjisi ve Esneklik potansiyel enerjisi.
Çekim potansiyel enerjisi şunlara bağlıdır: Kütle (ağırlık) ve Yükseklik.
Esneklik potansiyel enerjisi şunlara bağlıdır: Esneklik özelliği ve Gerilme miktarı (veya Sıkışma miktarı).
Kinetik enerji şunlarla ilgilidir: Sürat ve Kütle.
İş, enerjinin bir şeklidir ve enerji ile ilişkilidir. “yapabilme yeteneğidir” yazan yere de İş gelebilir.
Bu mantıkla kavram haritasını tamamladığımızda, boşluklar şu şekilde dolacaktır (kavram haritasının yapısına göre sıralama değişebilir ama mantık bu olacaktır):
Enerji
- çeşididir ->Kinetik enerji
- çeşididir ->Potansiyel enerji
- yapabilme yeteneğidir ->İş
Potansiyel enerji
- çeşididir ->Çekim potansiyel enerjisi
- çeşididir ->Esneklik potansiyel enerjisi
Çekim potansiyel enerjisi
- bağlıdır ->Kütle
- bağlıdır ->Yükseklik
Esneklik potansiyel enerjisi
- bağlıdır ->Esneklik özelliği
- bağlıdır ->Sıkışma miktarı (veya Gerilme miktarı)
Kinetik enerji
- bağlıdır ->Kütle
- bağlıdır ->Sürat
Bu şekilde haritayı tamamlamış olduk. Enerjinin farklı türlerini, nelere bağlı olduklarını ve birbirleriyle olan ilişkilerini daha iyi anlamış olduk.