Tweet
Konu: Enerjinin korunumunu deneysel yöntemler ve hesaplamalarla belirlemek.
Teorik Özet:
Bir cisme sadece korunumlu kuvvetler etkiyorsa hareket süresince cismin potansiyel enerjisi U ile kinetik enerjisi K değişebilir. Ancak potansiyel ve kinetik enerjilerin toplamı olan mekanik enerji E sabit kalır. Buna mekanik enerjinin korunumu denir. Sisteme herhangi bir korunumlu olmayan kuvvet etkirse mekanik enerjinin korunumu artık söz konusu olamaz ancak mekanik enerjiden daha kapsamlı bir kavram olan enerjinin korunumu tüm şartlarda geçerli olan bir ilkedir.
Bir masa yüzeyi üzerine yatay doğrultuda fırlatılmış bir blok göz önüne alalım. Blok masa yüzey üzerinde belli bir süre hareket ettikten sonra sürtünme kuvvetinin etkisi altında kalarak durur. Bu anda tüm mekanik enerji 0 olur. Gerek bloğun gerekse masa yüzeyinin hareket sonunda bir miktar ısındığı göz önüne alınır. Kinetik enerjideki kayıp yüzeylerde ısı enerjisine dönüşmüştür. Blok ve yüzeyi oluşturan maddelerin atomlarındaki keyfi hareket artmıştır. Bu artış ısı şeklinde kendisini göstermiştir. Bu enerjiye termal enerji veya sistemin iç enerjisi Uiç denir.
Kaba yüzeyler üzerinde hareket eden blok için yüzey ister yatay ister eğik isterse eğri olsun artık enerji daha kapsamlı bir anlam ifade etmektedir. Bu durumu da enerjinin korunumu mekanik ve iç enerji terimlerini kapsayarak
DK+DU+DUiç = 0 şeklinde ifade edilir.
Bu ancak yukarıda örneklenen özel durum için enerjinin korunumunu belirten bir bağıntıdır. Korunum ilkesine göre sistem olarak yalnızca hareket eden bloğu göz önüne almak eksiktir. Bu durumda sistem blok ve bloğun üzerinde kaydığı yüzeyden oluşmaktadır. İç enerji blok ve yüzey tarafından paylaşıldığında sistem olarak blok ve yüzeyi almak gerekmektedir.
Yeni durumlarda yeni büyüklükler belirlenerek enerjinin tanımı genelleştirilmiştir. Enerjinin korunumu en genel olarak
0=DK+SDU+DUiç+(diğer enerji şekillerinin değişimi)
şeklinde yazilir.
Başka bir deyişle kinetik arti potansiyel arti diger enerji şekillerinin toplami olan toplam enerji sabittir. Enerji bir biçimden diger bir biçime dönüşebilir ancak ne yoktan var edilir ne de var olan enerji yok edilir.
Bu açıklama deneyimlerin bir genelleştirilmesidir. Şimdiye dek doğa gözlemleriyle çelişmemiştir. Enerjinin korunumu ilkesi olarak bilinir. Fizik biliminin geçmişinde birçok kereler bu genel ilkenin yanlış olduğu sanılmıştır. Ancak görünürdeki bu yanılma yeni araştırmalar yapılmasına neden olmuştur. Deneysel fizikçiler, karşılıklı etkilenmelerden oluşan kuvvetlerin neden olduğu hareketlerden başka, diğer fiziksel olayları da araştırır. Bu cins olaylar her zaman gözlenmiştir. Sürtünme kuvvetlerine karşı yapılan iş enerjiye dönüşmüştür. Diğer etkileşmeler ise enerji, ses, ışık, elektrik şeklinde ortaya çıkar. Böylece enerji kavramı, kinetik ve potansiyel gibi doğrudan doğruya gözlenenlerden farklı olanları da içerecek bir biçimde, genelleştirilmiş olur. Bu şekilde cisimlerin hareket halinde, mekanik olmayan veya hareketleri doğrudan doğruya gözlenmeyen diğer fiziksel olaylara bağlanmış olur. Enerji tüm fiziksel birimleri birleştirici genel bir kavram haline gelmiştir.
Kinetik artı potansiyel enerjinin toplamının korunumu çok yararlı olmasına rağmen bu genel bir enerji korunum ilkesinin özel bir durumunu oluşturur. Kinetik ve potansiyel enerjinin toplamı ancak korunumlu kuvvetlerin etkidiği sistemlerde geçerlidir. Toplam enerji bu durumlarda değişir.
Deneyde Kullanılan Araçlar:
1 adet fırlatıcı
1 adet cetvel
1 adet kutu
1 adet top
Deneyin Yapılışı ve Ölçmeler:
Fırlatıcı yatay atış yapmak üzere 0° lik açıyla ayarlandı ve içerisine top yerleştirilerek short-range konumuna kuruldu, 3 atış yapıldı ve x değerleri aşağıdaki tabloya kaydedildi:
Fırlatıcı short-range konumuna kuruldu, top yerleştirilerek 90° ayarlandı, 3 atış yapıldı ve yükseklik tabloya kaydedildi.
Kinetik Enerji ve Potansiyel Enerji değerleri hesaplandı.
Atış no:x(m)10,65 m20,66 m30,64 m
Xort= 0,65 m
·Y=y0+v0sinqt-(1/2)gt2 t=0,225 sn
·Xort=v0cosqt V0=2,889 m/sn
q= 90° è
Topun ortalama yuksekligi0,415 mTopun kütlesi9,6 gram = 0,0096 kgİlk kinetik enerjisi0,040 jMaksimum potaniyel enerji0,039 jYüzde değişim% 2,5
% Değişim = Ek-Ep x100 = 1- Ep x100 = 0,040 - 0,039 x 100 = % 2,5 Ek Ek 0,040
Deneyin Yorumu:
Yapılan deneyde enerjinin korunumu kanıtlanmaya çalışıldı. Değerler birbirine çok yakın çıktıysa da aradaki fark havanın sürtünmesinden kaynaklanmıştır. Bu deney hava sürtünmesi olmayan bir ortamda hassas ölçümlerle yapılsaydı kinetik enerji ile potansiyel enerji arasında fark olmayacaktı. Fakat deneyin sürtünmeli ortamda yapılmış olmasından dolayı enerjinin bir kısmı sürtünmeden dolayı ısı enerjisine dönüşmüştür.
Yararlanılan Kaynaklar:
Fiziğin Temelleri David Halliday, Robert Resnick
Teorik Özet:
Bir cisme sadece korunumlu kuvvetler etkiyorsa hareket süresince cismin potansiyel enerjisi U ile kinetik enerjisi K değişebilir. Ancak potansiyel ve kinetik enerjilerin toplamı olan mekanik enerji E sabit kalır. Buna mekanik enerjinin korunumu denir. Sisteme herhangi bir korunumlu olmayan kuvvet etkirse mekanik enerjinin korunumu artık söz konusu olamaz ancak mekanik enerjiden daha kapsamlı bir kavram olan enerjinin korunumu tüm şartlarda geçerli olan bir ilkedir.
Bir masa yüzeyi üzerine yatay doğrultuda fırlatılmış bir blok göz önüne alalım. Blok masa yüzey üzerinde belli bir süre hareket ettikten sonra sürtünme kuvvetinin etkisi altında kalarak durur. Bu anda tüm mekanik enerji 0 olur. Gerek bloğun gerekse masa yüzeyinin hareket sonunda bir miktar ısındığı göz önüne alınır. Kinetik enerjideki kayıp yüzeylerde ısı enerjisine dönüşmüştür. Blok ve yüzeyi oluşturan maddelerin atomlarındaki keyfi hareket artmıştır. Bu artış ısı şeklinde kendisini göstermiştir. Bu enerjiye termal enerji veya sistemin iç enerjisi Uiç denir.
Kaba yüzeyler üzerinde hareket eden blok için yüzey ister yatay ister eğik isterse eğri olsun artık enerji daha kapsamlı bir anlam ifade etmektedir. Bu durumu da enerjinin korunumu mekanik ve iç enerji terimlerini kapsayarak
DK+DU+DUiç = 0 şeklinde ifade edilir.
Bu ancak yukarıda örneklenen özel durum için enerjinin korunumunu belirten bir bağıntıdır. Korunum ilkesine göre sistem olarak yalnızca hareket eden bloğu göz önüne almak eksiktir. Bu durumda sistem blok ve bloğun üzerinde kaydığı yüzeyden oluşmaktadır. İç enerji blok ve yüzey tarafından paylaşıldığında sistem olarak blok ve yüzeyi almak gerekmektedir.
Yeni durumlarda yeni büyüklükler belirlenerek enerjinin tanımı genelleştirilmiştir. Enerjinin korunumu en genel olarak
0=DK+SDU+DUiç+(diğer enerji şekillerinin değişimi)
şeklinde yazilir.
Başka bir deyişle kinetik arti potansiyel arti diger enerji şekillerinin toplami olan toplam enerji sabittir. Enerji bir biçimden diger bir biçime dönüşebilir ancak ne yoktan var edilir ne de var olan enerji yok edilir.
Bu açıklama deneyimlerin bir genelleştirilmesidir. Şimdiye dek doğa gözlemleriyle çelişmemiştir. Enerjinin korunumu ilkesi olarak bilinir. Fizik biliminin geçmişinde birçok kereler bu genel ilkenin yanlış olduğu sanılmıştır. Ancak görünürdeki bu yanılma yeni araştırmalar yapılmasına neden olmuştur. Deneysel fizikçiler, karşılıklı etkilenmelerden oluşan kuvvetlerin neden olduğu hareketlerden başka, diğer fiziksel olayları da araştırır. Bu cins olaylar her zaman gözlenmiştir. Sürtünme kuvvetlerine karşı yapılan iş enerjiye dönüşmüştür. Diğer etkileşmeler ise enerji, ses, ışık, elektrik şeklinde ortaya çıkar. Böylece enerji kavramı, kinetik ve potansiyel gibi doğrudan doğruya gözlenenlerden farklı olanları da içerecek bir biçimde, genelleştirilmiş olur. Bu şekilde cisimlerin hareket halinde, mekanik olmayan veya hareketleri doğrudan doğruya gözlenmeyen diğer fiziksel olaylara bağlanmış olur. Enerji tüm fiziksel birimleri birleştirici genel bir kavram haline gelmiştir.
Kinetik artı potansiyel enerjinin toplamının korunumu çok yararlı olmasına rağmen bu genel bir enerji korunum ilkesinin özel bir durumunu oluşturur. Kinetik ve potansiyel enerjinin toplamı ancak korunumlu kuvvetlerin etkidiği sistemlerde geçerlidir. Toplam enerji bu durumlarda değişir.
Deneyde Kullanılan Araçlar:
1 adet fırlatıcı
1 adet cetvel
1 adet kutu
1 adet top
Deneyin Yapılışı ve Ölçmeler:
Fırlatıcı yatay atış yapmak üzere 0° lik açıyla ayarlandı ve içerisine top yerleştirilerek short-range konumuna kuruldu, 3 atış yapıldı ve x değerleri aşağıdaki tabloya kaydedildi:
Fırlatıcı short-range konumuna kuruldu, top yerleştirilerek 90° ayarlandı, 3 atış yapıldı ve yükseklik tabloya kaydedildi.
Kinetik Enerji ve Potansiyel Enerji değerleri hesaplandı.
Atış no:x(m)10,65 m20,66 m30,64 m
Xort= 0,65 m
·Y=y0+v0sinqt-(1/2)gt2 t=0,225 sn
·Xort=v0cosqt V0=2,889 m/sn
q= 90° è
Atış no:Yükseklik10,41020,41530,420Ortalama Yükseklik0,415
Topun ortalama yuksekligi0,415 mTopun kütlesi9,6 gram = 0,0096 kgİlk kinetik enerjisi0,040 jMaksimum potaniyel enerji0,039 jYüzde değişim% 2,5
% Değişim = Ek-Ep x100 = 1- Ep x100 = 0,040 - 0,039 x 100 = % 2,5 Ek Ek 0,040
Deneyin Yorumu:
Yapılan deneyde enerjinin korunumu kanıtlanmaya çalışıldı. Değerler birbirine çok yakın çıktıysa da aradaki fark havanın sürtünmesinden kaynaklanmıştır. Bu deney hava sürtünmesi olmayan bir ortamda hassas ölçümlerle yapılsaydı kinetik enerji ile potansiyel enerji arasında fark olmayacaktı. Fakat deneyin sürtünmeli ortamda yapılmış olmasından dolayı enerjinin bir kısmı sürtünmeden dolayı ısı enerjisine dönüşmüştür.
Yararlanılan Kaynaklar:
Fiziğin Temelleri David Halliday, Robert Resnick