Bir araba 72 km/saat hızla giderken fren yaparak duruyor. Arabanın kütlesi 1000 kg olduğuna göre, frenlerin ısıya dönüştürdüğü enerji kaç Joule'dür?
A) 20000Sevgili öğrenciler, bu soruda bir arabanın fren yaparak durması sırasında kinetik enerjisinin ne kadarının ısı enerjisine dönüştüğünü bulmamız isteniyor. Fizikte enerji korunumu ilkesi çok önemlidir. Bir cisim hareket halindeyken kinetik enerjiye sahiptir. Fren yaptığında bu kinetik enerji yok olmaz, sürtünme kuvveti sayesinde ısı enerjisine dönüşür.
Fizik problemlerinde tutarlı birimler kullanmak çok önemlidir. Kütle kilogram (kg) cinsinden verildiği ve enerjiyi Joule (J) cinsinden bulmak istediğimiz için hızı metre/saniye (m/s) cinsine çevirmeliyiz. Unutmayın ki 1 km = 1000 m ve 1 saat = 3600 saniyedir.
$v = 72 \text{ km/saat} = 72 \times \frac{1000 \text{ m}}{3600 \text{ s}}$
$v = 72 \times \frac{10}{36} \text{ m/s}$
$v = 2 \times 10 \text{ m/s}$
$v = 20 \text{ m/s}$
Bir cismin kinetik enerjisi ($KE$), kütlesi ($m$) ve hızının ($v$) karesi ile doğru orantılıdır. Formülü şöyledir:
$KE = \frac{1}{2}mv^2$
Şimdi bulduğumuz değerleri kinetik enerji formülüne yerleştirelim:
$KE = \frac{1}{2} \times 1000 \text{ kg} \times (20 \text{ m/s})^2$
$KE = \frac{1}{2} \times 1000 \text{ kg} \times 400 \text{ m}^2/\text{s}^2$
$KE = 500 \times 400 \text{ J}$
$KE = 200000 \text{ J}$
Araba fren yaptığında, sahip olduğu tüm kinetik enerji sürtünme kuvveti nedeniyle ısı enerjisine dönüşür. Bu nedenle, arabanın başlangıçtaki kinetik enerjisi, frenler tarafından ısıya dönüştürülen enerjiye eşittir.
Isıya dönüşen enerji = Başlangıç kinetik enerjisi = $200000 \text{ J}$
Bu durumda, frenlerin ısıya dönüştürdüğü enerji $200000 \text{ Joule}$'dür.
Cevap C seçeneğidir.
