Mekanik Enerji Nedir ?

Mekanik Enerji Nedir ? Mekanik Enerji Çeşitleri Nelerdir ?

Mekanik enerji sorusunu cevaplamak için aslında ilk olarak enerji kavramının ne olduğunu ve insanlık için neden bu kadar önemli olduğu kavramak gerekmektedir. Enerji, günümüzde mevcut kaynaklar ile tüketilmekte ve insanoğlu yeni enerji kaynaklarına yönelmektedir. Mekanik enerji, günlük hayatımızın neredeyse her alanında karşımıza çıkmaktadır. Bizim konumuz olan sanayi ve endüstride mekanik enerji, fabrikalarda iş yürütülebilmesi için gerekli temel enerji kaynağıdır.

Bu enerjileri elde edebilmek için doğadaki enerji kaynaklarından yararlanılmaktadır. Ancak; genellikle doğadaki bulunduğu hal ile enerjiler kullanılamaz. Bunları işe yarar enerjilere dönüştürebilmek için bir takım işlemlere gerek duyulmaktadır. Yani bu enerjileri bir taşıyıcı konuma getirmek gerekmektedir. Bu da, örnek olarak fosil yakıtlar, elektrik, buhar vb. şeklinde olmaktadır. Bu ara forma geldikten sonra, istenilen mekanik enerji için kullanılabilmektedir. Mekanik enerji vasıtası ile yapılan işe mekanik iş denilmektedir.

Konu ile ilgili faydalı bir makale için bu bağlantıyı inceleyebilirsiniz.

Mekanik Enerji ve Mekanik İş

Mekanik iş yapılabilmesi için ortamda bir hareket olması gerekmektedir. Bir nesnenin bir yerden başka bir yere götürülmesi bir iştir ve bu iş ancak enerji ile yapılabilir. Herhangi bir eşyanın bir yere çıkarılması, otomobil, uçak ya da benzeri bir taşıtın bir yerden başka bir yere götürülmesi yine fizik ve mühendislikte ” İş ” olarak isimlendirilir. Mühendislikte de, herhangi bir parçanın dövme ile şekillendirilmesi, ya da tornalama ile şekillendirilmesi de iş olarak kabul edilmektedir. Mekanik iş denildiğinde, bu kavram gözle görülebilmektedir ve ancak hareket ile olur. Hareket doğrusal olduğu gibi, dairesel biçimde de karşımıza çıkmaktadır. Örnek olarak matkap ile dairesel hareket verilen uç, iş parçası üzerinde bir delik açmaktadır. Bu da ” Mekanik İş ” olarak kabul edilmektedir.

Kuvvet ve Hareket

Bir nesnenin bir yerden başka bir yere götürülmesi fizikte ” Hareket ” olarak adlandırılır. Hareket olayının olabilmesi için de bir ” Kuvvet “ gerekmektedir. Burada Newton’un ilk yasası akıllara gelmelidir. Bir cisim herhangi bir başka kuvvet tarafından etki edilmedikçe mevcut halini korumak istemektedir. Örnek verecek olursak, eğer bir cisim duruyor ise ve dışarıdan herhangi bir kuvvet etki etmedikçe durmaya devam eder. Ya da eğer bir cisim hareket halinde ise, dış bir kuvvet tarafından etki edilmedikçe hareket etmeye devam etmelidir. Ancak burada unutulmaması gereken olay, sürtünme kuvvetinin ihmal edilmesidir. Sürtünme kuvveti bir dış kuvvet olarak düşünülür ise, hareket eden bir cisim sürtünmeli bir ortamda durmaya zorlanacaktır. Ancak; teorik olarak sürtünmesiz bir ortamda bir cisim hareket ediyor ise hareketine devam edecektir. Bu kanuna ” Eylemsizlik Yasası ” denmektedir.

Önceki paragrafta bahsettiğimiz sürtünme mukavemeti gerçek hayatta karşımıza hava direnci olarak da çıkmaktadır. Bir cisim hareket edebilmesi için önce statik sürtünmeyi daha sonra da dinamik sürtünmeyi aşması gerekmektedir. Sürtünme kuvveti aşılmaz ise hareket de söz konusu olamayacaktır.

İçten yanmalı motorlar ile ilgili makalemiz için bu bağlantıyı inceleyebilirsiniz.

Newton ve Hareket Kanunları


Önceki başlığımızda Newton‘un 1. Yasasından bahsetmiştik. Bu başlığımızda ise 2. yasadan devam edeceğiz. Enerji olgusunu ve bu olgunun cisimlere ne gibi etkileri olduğunu kavrayabilmek için bu kanunları bilmekte fayda vardır.

Sadece mühendislikte değil, bir çoğumuzun lisede gördüğü fizik dersinden hatırlayacağı bir formül vardır. Bu formül şu şekildedir ;

F = M x a

Bu formülde F: Kuvvet,  M : Kütle, a : İvme olarak adlandırılmaktadır.

Bu formüle göre kuvvet, durağan bir cisimi harekete geçirebildiği gibi, hareket halinde olan bir cisimi de durdurabilir ya da hızını değiştirebilir. ( Arttırabilir ya da azaltabilir. ) Yani; bir cisim, kuvvet etkisi altındayken ivmesini değiştirebilir. Bu da etki eden kuvvetle doğru orantılı ancak; kütlesi ile ters orantılıdır.

Bu formülü biraz açarsak;

  • Bir cisime yeterli miktarda kuvvet uygulandığında ona ivme kazandırılmış olur. Kazandırılan bu ivme, uygulanan kuvvet ile doğru orantılıdır. Yani, kuvvet ne kadar büyük olur ise, cisime kazandırılan ivme de o oranda büyük olur. Ancak; formüle dikkat edilir ise, ivme, kütle ile ters orantılıdır. Yani, kuvvet uygulanan cisimin kütlesi ne kadar büyük olur ise, kazanacağı ivme de o oranda düşük olacaktır.

Son olarak Newton’un 3. Yasası olan ” Etki – Tepki ” ye bakacak olur isek, bir cisim başka bir cisime temas edip kuvvet uyguladığında, temas edilen cisim de aynı oranda ters bir tepki uygulayacaktır. Yani iki cisim arasında tek bir kuvvet yoktur. Her zaman çift kuvvet olacaktır. Buna da etki – tepki yasası denmektedir. Günümüzde kullanılan bir çok makina bu 3 kanuna göre çalışmaktadır. Bu temel kavramları bilmeden, mekanik enerji kavramı da açıklanamaz.

Mekanik Enerji Çeşitleri

Mekanik enerji, kinetik ve potansiyel enerji olarak 2 ayrı başlıkta incelenmektedir. Kinetik enerji, bir cisimin hareket halindeki enerjisi anlamına gelmektedir.

Kinetik Enerji

Kinetik Enerji

şeklinde formülize edilir. Burada M : Kütle, V : Hız‘dır.

Bu formüle göre, bir cisimin hızı ve kütlesi ne kadar büyük ise, kinetik enerjisi de o derecede büyük olacaktır. Ancak kinetik enerji hızın karesi ile doğru orantılıdır. Yani bir cisimin hızı 1 br. , kütlesi de 1 br. ise kinetik enerjisi 0.5 br olarak çıkmaktadır. Ancak; cisimin kütlesi sabit tutularak hızı 2 katına çıkartılır ise, kinetik enerji 2 br. olur. Yani toplamda 4 katına çıkartılmış olur.

Potansiyel Enerji Ne Anlama Gelir ?

Potansiyel enerji, kinetik enerjiden farklı olarak yorumlanmaktadır. Bir cisim kinetik enerji uygulanarak belirli bir yüksekliğe çıkarılır ise, o cismin sahip olduğu kütle ve yükseklikten dolayı bir potansiyel enerjisi bulunmaktadır. Yani, cisim yeryüzünden belirli bir yükseklikte ise, mevcut olduğu ” Potansiyel Enerji” yi, tekrar yere düşerek kinetik enerjiye çevirebilmektedir.

Potansiyel Enerji : m x g x h . olarak ifade edilmektedir.

Burada m : Kütle, g : Yerçekimi ivmesi, h : Cisimin sahip olduğu yükseklik.

Formülde, g sabit olarak kabul edilir. ( 9.8 ). Kütle ve Yükseklik arttıkça, potansiyel enerji de aynı oranda artmaktadır. Mühendislikte potansiyel enerjiyi yaylar yardımı ile açıklayabiliriz. Örneğin bir yay ” F ” kuvveti ile sıkıştırıldığında yine bünyesinde bir potansiyel enerji barındırmaktadır. Yay sabit kaldığında ve önündeki cisimi ittirdiğinde de sahip olduğu ” Potansiyeli ” kinetik enerjiye dönüştürmüş olur.

Potansiyel Enerji

Potansiyel Enerji

Yukarıdaki şekilde görüleceği gibi, sıkıştırılmış yaylardaki potansiyel enerji sıkıştırma miktarının karesi ile doğru orantılıdır. Yani bir yay ne kadar sıkıştırılır ise, sahip olduğu potansiyel enerji de o oranda yüksek olacaktır. Formülde görülen ” K “ ise, yay sabitidir. Yayın yapıldığı malzeme ile alakalıdır. Yay sabiti ne kadar büyük olur ise, sıkıştırıldığında sahip olacağı potansiyel enerji de oranda büyük olacaktır.

Malzemelerin elastiklik modülü ile ilgili yazımız için bu bağlantıda faydalı bilgiler bulabilirsiniz.

Potansiyel ve kinetik enerjilerin birbirlerine dönüşebilmektedir. Sürtünme kaybının olmadığı düşünülür ise aşağıdaki çizim konu ile ilgili açıklayıcıdır.

Potansiyel - Kinetik Enerji Dönüşümleri

Mekanik Enerji Dönüşümleri

Yukarıdaki çizim incelenir ise, kayak yapan kişi 100 mt. yüksekte bulunduğunda 50.000 Joule potansiyel enerjiye sahiptir.60 mt. aşağıya indiğinde toplam 50.000 Joule olan potansiyel enerjisinin bir kısmı ( 20.000 Joule ) kinetik enerjiye dönüşür. 30 mt.’ye inildiğinde ise 5.000 Joule daha kayıp verilerek potansiyel enerji 15.000 Joule, Kinetik Enerji ise 35.000 Joule ‘e çıkar. En son aşağıya inildiğinde ise, 50.000 Joule’lük toplam potansiyel enerjinin tamamı kinetik enerjiye dönüşmüş olur.

Mekanik İş

İş

İş

” M “ kütleli bir cisme belirli bir açı ile ” F “ kuvvet uygulandığında ve F kuvveti etkisi ile cisim ” X ” kadar mesafe kat ettiğinde fizik ve mühendisliğe göre bir ” İŞ “ yapılmış olur. Bu iş için kuvvet belirlenirken, açılı kuvvetlerde iş yapılan eksendeki kuvvet dikkate alınır. Yani, F kuvvetini bileşenlerine ayırdığınızda, işe yarayan kuvvet F kuvvetinin yüzeye ( X ‘e ) paralel olan bileşeni önemlidir. Bu nedenle F.cos ile X ( katedilen yol ) çarpılarak yapılan iş bulunmuş olur. Kısaca iş, belirli bir kuvvet etkisi ile, o kuvvetin doğrultusunda hareket eden cisimin katettiği yolun çarpımına eşittir.

Mekanik İş = F.cos x ( X )  olarak belirlenmektedir.

Bu konuda dikkat edilmesi gereken konu, mekanik işin kinetik enerjiye birebir eşit olmasıdır. Yani

” Mekanik iş = Kinetik Enerji Değişimi “ olarak değerlendirilmelidir.

Mekanik Enerji ve Güç Olgusu

Mekanik enerji, potansiyel ve kinetik enerji olarak 2 ye ayrıldığından bahsetmiştik. Bu enerjiler birbirlerine dönüşebilmektedir. Yani potansiyel enerji bir miktarını kullanarak kinetik enerji açığa çıkarabilmektedir. Yani enerji birbirine dönüşebilir asla yok olmaz. Kinetik enerji kullanılarak bir mekanik iş meydana getirilebilir. İş de belirli bir zaman dilimi içinde yapılmalıdır. İşte bu zaman dilimi ” Güç ” olgusunu ortaya çıkarmaktadır. Şöyle ki;

Bir cismi bir yerden başka bir yere götürmeye fizikte ve mühendislikte ” İş ” denmektedir. Bu işi de belirli bir sürede yapılması olgusuna güç denilir. Yani kısaca güç formulü, P = Güç = İş / Zaman olarak değerlendirilmelidir. Yani güç, birim zamanda yapılan iştir. Birimi de Watt olarak bilinmektedir. Bir makinanın gücü de, birim zamanda yapabildiği iş kadardır. Yani aynı işi, iki makina farklı sürelerde yapıyor ise güçleri farklıdır. Kısa sürede işi bitiren makina diğerine göre fiziksel olarak daha güçlüdür.

Makinanın temel olgusu da burada ortaya çıkar. Makinalar, enerjiyi işe çeviren cihazlardır. İnsanlık tarihi boyunca mekanik enerji olgusunu kullanarak gelişmişler verimlerini arttırmışlar ve günümüz modern cihazlarına evrilmişlerdir.

Mekanik Enerji ile ilgili Britannica makalesi için bu bağlantıyı inceleyebilirsiniz.

Yorum Yaz