Fiziksel iş hesaplama için önce cisme kuvvet uygulanıp uygulanmadığına, sonra cismin bu kuvvet doğrultusunda yer değiştirip değiştirmediğine bakılır. Cisim hareket etmiyorsa fiziksel iş yapılmaz; kuvvet ile yer değiştirme aynı yöndeyse yapılan iş, kuvvet ile alınan yol çarpılarak bulunur.
Fiziksel iş hesaplama ne anlama gelir?
Fen bilimlerinde “iş”, günlük konuşmadaki yorucu uğraş anlamından farklıdır. Bir cisme kuvvet uygulanması tek başına iş yapıldığı anlamına gelmez. Cisim yer değiştirmeli ve uygulanan kuvvet bu yer değiştirmeye katkı sağlamalıdır. Örneğin duvarı ne kadar güçlü itersen it, duvar hareket etmiyorsa duvar üzerinde fiziksel iş yapmış olmazsın.
Bu konuyu incelerken üç soruyu sırayla sor: Cisme kuvvet uygulanıyor mu? Cisim yer değiştiriyor mu? Kuvvetin yönü, cismin hareket yönüyle aynı mı? İlk iki sorudan biri “hayır” ise kuvvetin yaptığı iş sıfırdır. Kuvvet ve hareket aynı doğrultuda ve aynı yöndeyse basit hesaplama yapılabilir.
Kuvvetin yönü ile yer değiştirme nasıl karşılaştırılır?
Yönleri belirlemek için hareketin başlangıç ve bitiş noktalarını düşün. Bir kutu sağa doğru itilirken sağa ilerliyorsa itme kuvveti de hareketle aynı yöndedir. Kutuya uygulanan kuvvetin büyüklüğü ve kutunun aldığı yol biliniyorsa yapılan iş hesaplanabilir.
- Kuvvet var, yer değiştirme yok: Duvarı itmek gibi durumlarda fiziksel iş sıfırdır.
- Kuvvet ve hareket aynı yönde: Yatay zeminde ileri itilen kutuda kuvvet iş yapar.
- Kuvvet hareket yönüne dik: Yatay taşınan bir çantayı yukarıda tutan kuvvet, ideal basit modelde çantayı yatay yönde ilerletmez. Bu nedenle bu kuvvetin çanta üzerinde yaptığı iş sıfır kabul edilir.
Son örnekte kişi yorulabilir; fakat kişinin enerji harcaması ile çantaya uygulanan taşıma kuvvetinin çanta üzerinde yaptığı fiziksel iş aynı şey değildir. Soruda hangi cisme hangi kuvvetin etki ettiği ve o cismin hangi yönde hareket ettiği dikkatle okunmalıdır.
İş nasıl hesaplanır?
Kuvvet ile yer değiştirme aynı yöndeyse kullanılacak ilişki şöyledir:
İş = Kuvvet × Alınan yol
Sembolle W = F × d yazılabilir. Burada W işi, F kuvveti, d ise kuvvet doğrultusundaki yer değiştirmeyi gösterir. Kuvvet newton (N), yol metre (m) cinsinden yazılır. İşin birimi joule’dür (J); 1 J, 1 N’lık kuvvetin cismi kuvvet yönünde 1 m hareket ettirmesiyle yapılan işe karşılık gelir.
Fiziksel iş hesaplama yaparken önce birimleri kontrol et. Yol santimetre verilmişse metreye çevir; örneğin 200 cm = 2 m. Ayrıca formüldeki kuvvet, hareketle aynı yönde iş yapan kuvvettir. Farklı yöndeki kuvvetleri gelişigüzel çarpıp sonuca ekleme.
Günlük durumlardan örnekler
Örnek 1: Bir öğrenci, yere göre yatay duran kutuyu 15 N kuvvetle aynı yönde 4 m itiyor. Kuvvet ve yer değiştirme aynı yönde olduğundan W = 15 × 4 = 60 J iş yapılır.
Örnek 2: Bir öğrenci duvarı 40 N kuvvetle itiyor, ancak duvar yerinden oynamıyor. Yer değiştirme 0 m olduğundan W = 40 × 0 = 0 J olur. Öğrencinin yorulması bu sonucu değiştirmez.
Örnek 3: Bir kutu 3 m sağa kayarken kutuya uygulanan 10 N’lık kuvvet sola doğrudur. Bu kuvvet kutunun sağa hareketini desteklemez; dolayısıyla aynı yönde kuvvet ve yol çarpımıyla pozitif iş hesaplanamaz. Soruda yalnızca kuvvetin yaptığı işi sınıflandırman isteniyorsa yönlerin zıt olduğunu belirt. 7. sınıf düzeyindeki basit hesaplarda formülü, kuvvetin hareket yönüyle aynı olduğu durumlarda uygula.
Mini test: Kuvvet iş yapıyor mu?
Her soruda önce kuvvetin uygulandığı cismi ve cismin hareket yönünü belirle. Ardından gerekiyorsa formülü kullan.
- Bir sandık 5 m boyunca, hareket yönüyle aynı yöndeki 8 N kuvvetle çekiliyor. Yapılan iş kaç joule’dür?
A) 13 J B) 40 J C) 0 J - Bir öğrenci kapalı bir kapıyı itiyor fakat kapı açılmıyor. Öğrencinin kapı üzerinde yaptığı fiziksel iş için hangisi doğrudur?
A) İş yapılmaz. B) İş yapılır, çünkü kuvvet vardır. C) İşin miktarı kapının ağırlığına eşittir. - Bir kişi çantayı sabit yükseklikte tutarak yatay yönde taşıyor. Basit modelde çantayı yukarıda tutan kuvvet ile yatay hareket arasındaki ilişki hangisidir?
A) Kuvvet ve hareket aynı yöndedir. B) Kuvvet, yatay yer değiştirmeye dik olduğundan bu kuvvetin çanta üzerinde yaptığı iş sıfırdır. C) Çanta taşındığı için her kuvvet mutlaka iş yapar. - 6 N kuvvetle aynı yönde itilen bir cisim 3 m ilerliyor. İşlem ve sonuç hangisidir?
A) 6 + 3 = 9 J B) 6 × 3 = 18 J C) 6 × 0 = 0 J
Cevaplar ve kısa açıklamalar
- 1. B: Kuvvet ve hareket aynı yönde; W = 8 × 5 = 40 J.
- 2. A: Kapı yer değiştirmediği için kapı üzerinde fiziksel iş yapılmaz.
- 3. B: Çantayı destekleyen kuvvet yukarı, hareket yatay yöndedir. Basit modelde bu kuvvetin yaptığı iş sıfırdır.
- 4. B: W = F × d = 6 × 3 = 18 J.
Hesaplamada akılda tutulacaklar
- Önce kuvvet uygulanan cismi ve hareket yönünü belirle.
- Yer değiştirme yoksa fiziksel iş sıfırdır.
- Formülü, kuvvet ile yer değiştirme aynı yöndeyken kullan.
- Kuvveti newton, yolu metre cinsinden yaz; sonucu joule olarak belirt.
Fiziksel iş hesaplama sorularında en sık yapılan hata, yalnızca kuvvetin varlığına bakıp iş yapıldığını sanmaktır. Yönleri ve yer değiştirmeyi birlikte değerlendirirsen hem işin yapılıp yapılmadığını doğru sınıflandırır hem de gereken durumlarda hesabı doğru kurarsın.
Yorumlar kapalı.