Mekanik Enerji Formülü

Doğada enerjinin sürekli bir formdan başka bir formada dönüştüğünü biliyoruz. Enerji dönüşümleri hayatımıza da büyük katkılar yapmaktadır. Örneğin ısı enerjisi elektrik enerjisine dönüştürülebilmektedir. Bu sayede elektriği daha kolay üretiyor ve kullanabiliyoruz.

Enerji dönüşür ancak yoktan var edilmez ve yoktan da var edilmez. Bir cisme dışarıdan bir etki yoksa cismin mekanik enerjisi korunmaktadır. Mekanik enerjinin korunumu fizikte bize birçok şeyin kapısını açar. O yüzden bu yazıda mekanik enerji formülü üzerinde durmaya çalışacağız.

Mekanik enerji formülü E_m = E_p + E_k şeklinde ifade edilir. Kısacası bir sistemin potansiyel enerjisi ile kinetik enerjisini toplarsanız mekanik enerjiyi elde edersiniz.

Fizik testlerinde mekanik enerjinin korunumu konusundan çok fazla soru çıkmaktadır. Burada esas mantık kinetik enerji artarken potansiyel enerjinin azalması ya da tam tersinin gerçekleşmesidir. Mekanik enerji sabit kalacağından bir enerjinin diğer enerjiye dönüşünü kolaylıkla hesaplayabiliriz.

Formülü biraz daha açmak için potansiyel enerji ve kinetik enerji formüllerini de açalım. Böylece mekanik enerjinin tam formülü E_m = m.g.h + 1/2.m.v² şeklinde olur.

1. Potansiyel enerji formülü
2. Kinetik enerji formülü

Mekanik Enerjiye Günlük Hayattan Örnekler

Mekanik enerji günlük hayatın her safhasında şahit olduğumuz bir enerji türüdür. Örneğin yürüdüğümüzde sahip olduğumuz hareket enerji mekanik enerjidir. Arabanın tekerlerinin dönmesiyle arabanın hareket etmesi mekanik enerjiye örnek olarak gösterilebilir.

Yukarıda enerjilerin birbirine dönüştüğünden bahsettik. Buna şöyle bir örnek verebiliriz. Elektrikle çalışan bir vantilatörde elektrik enerjisi harcanır ve dönme ortaya çıkar. Pervanelerin dönmesi aynı zamanda mekanik enerji kazanması demektir. Öyleyse elektrik enerjisi mekanik enerjiye dönmüştür.

Yine aynı şekilde günlük hayattan örnek verecek olursak çevremizde gördüğümüz hareket eden her canlı mekanik enerjiye sahiptir. Bizler besinleri yakarak kimyasal enerjiyi açığa çıkarır ve bunu mekaniğe çevirerek hareket ederiz.

Mekanik Enerji Soruları

Madem konuyu öğrendik ve formülleri verdik. Öyleyse birkaç soru çözerek konuyu iyice pekiştirelim.

Soru #1: Mekanik enerji sürtünmeli ortamlarda korunur mu?

Çözüm: Sürtünmeli ortamlarda sürtünmenin etkisiyle bir kısım enerji ısıya dönüşür ve kaybolur. Bu nedenle sürtünmeli ortamlarda mekanik enerji korunmaz.

Soru #2: Mekanik enerji hangi durumlarda kaybolur?

Çözüm: Yukarıda aslında bunu büyük ölçüde cevapladık. Ortamda sürtünme varsa mekanik enerji korunmaz ve birazını ısı olarak ortamda bırakır. Eğer sürtünmeyle enerji kaybolmasaydı yukarıdan bıraktığımız elastik bir top sürekli aynı yüksekliğe kadar sonsuza kadar çıkardı.

Soru #3: Sürtünmenin ihmal edildiği bir ortamda 4 kg kütleye sahip bir cisim belirli bir h yüksekliğinden serbest bırakılmaktadır. Cisim yere ulaşana kadar geçe sürede aşağıdakilerden hangileri doğrudur?

I. Cismin hızı artar.

II. Cismin kinetik enerjisi azalır.

III. Cismin potansiyel enerjisi azalır.

IV. Cismin mekanik enerjisi sabit kalır.

A) I ve II

B) I ve III

C) II, III, IV

D) I, II, IV

E) I, II, III, IV

Çözüm: Yukarıdaki bir cismin m.g.h formülüne göre potansiyel enerjisi vardır. Ancak cisim bırakılınca potansiyel enerji azalacaktır. Çünkü h azalacaktır. III. öncül doğrudur.

Cisme etkiye yerçekiminin kuvvetinin etkisiyle cisim hız kazanacaktır. Yani cismin hız artar. I. öncül doğrudur.

Hızı artan cismin kinetik enerjisi de artar. II. öncül yanlıştır.

Ortam sürtünmesiz olduğu için toplam mekanik enerjisi sabit kalır. IV. öncül doğrudur. Cevap D seçeneğidir.

Soru #4: 8 kg kütleye sahip bir K cismi 6 metre yükseklikten ilk hızsız olarak serbest bırakılmıştır. Ortamda sürtünme olmadığı bilindiğine göre bu cisim yere kaç joule kadar bir kinetik enerjiyle çarpacaktır? (g = 10 m/s²)

A) 120

B) 180

C) 240

D) 360

E) 480

Çözüm: SI birim sisteminde enerjinin birimi joule’dür. Bunu da hatırlamış olalım. Bu soru bir mekanik enerji korunumu sorusudur. Potansiyel enerji kinetik enerjiye dönüşecektir. İlk durumda hız olmadığı için sadece potansiyel enerji vardır. Son durumda ise sadece kinetik enerji vardır.

Bu durumda ilk durumdaki potansiyel enerjiyi son durumdaki kinetik enerjiye eşitlemek mantıklı olacaktır. Potansiyel enerji m.g.h = 8.10.6 = 480 joule bulunur. Bu da çarpma anındaki kinetik enerjiye eşittir. Cevap E seçeneğidir.