Fizikte iş, güç ve enerji birbiriyle yakından ilişkili temel kavramlardır. Bu üç kavram, mekaniğin ve termodinamiğin temel taşlarını oluşturur. Günlük hayatta sıklıkla birbirinin yerine kullandığımız bu terimlerin fiziksel tanımları ve birbirleriyle olan matematiksel ilişkilerini bu ders notunda inceleyeceğiz.
Fiziksel anlamda iş, bir cisme uygulanan kuvvetin, cismi kendi doğrultusunda hareket ettirmesi sonucunda yapılan etkidir. İşin gerçekleşmesi için:
İşin matematiksel ifadesi:
\( W = \vec{F} \cdot \vec{d} = F \cdot d \cdot \cos\theta \)
Burada:
Enerji, iş yapabilme kapasitesidir. Bir sistemin enerjisi, o sistemin ne kadar iş yapabileceğinin ölçüsüdür.
\( E_k = \frac{1}{2} m v^2 \)
\( E_p = m \cdot g \cdot h \) (Yerçekimi potansiyel enerjisi)
Güç, birim zamanda yapılan iş veya enerji transfer hızıdır.
\( P = \frac{W}{t} = \frac{E}{t} \)
Burada:
İş-Enerji Teoremi: Bir cisme yapılan net iş, cismin kinetik enerjisindeki değişime eşittir.
\( W_{net} = \Delta E_k = \frac{1}{2} m v_2^2 - \frac{1}{2} m v_1^2 \)
Güç, işin zamana göre türevidir:
\( P = \frac{dW}{dt} \)
Sabit kuvvet için: \( P = \vec{F} \cdot \vec{v} = F \cdot v \cdot \cos\theta \)
Enerji yoktan var edilemez, varolan enerji yok edilemez; sadece bir türden diğerine dönüşebilir.
\( E_{toplam} = E_{kinetik} + E_{potansiyel} + E_{diğer} = sabit \)
Sistem üzerine yapılan net iş, sistemin mekanik enerjisindeki değişime eşittir.
10 kg kütleli bir cisim, 50 N'luk sabit bir kuvvetle 8 metre itiliyor. Kuvvet yatayla 30° açı yapıyor ve iş 5 saniyede tamamlanıyor.
1. İş: \( W = F \cdot d \cdot \cos\theta = 50 \cdot 8 \cdot \cos 30^\circ = 400 \cdot 0.866 = 346.4 \, J \)
2. Güç: \( P = \frac{W}{t} = \frac{346.4}{5} = 69.28 \, W \)
Bu üç kavram, fiziksel dünyayı anlamamızda ve teknolojik gelişmeleri açıklamamızda temel rol oynar. Enerji korunumu yasası ile birlikte, evrendeki tüm fiziksel süreçlerin temelini oluştururlar.
