İş, Enerji, Güç Kavramları ve Aralarındaki Bağ
İş, enerji ve güç kavramları fizikte, özellikle de mekanikte sıkça karşımıza çıkar. Bu kavramlar sadece mekanik sistemleri tanımlamak için kullanılmaz; fiziğin her alanında gözlenen olayları açıklamada büyük kolaylık sağlar ve evrenin sırlarını anlamamızda bize yol gösterir. Bu yazıda iş, enerji ve güç kavramlarını basitçe açıklamaya ve aralarındaki ilişkileri anlamaya çalışacağız.
İş, enerji ve güç kavramları kuvvet ile ilişkilidir, kuvvetin olmadığı durumda bu kavramları tanımlamak anlamlı olmaz.
Bir kuvvet, bir cisme etki ederek bu cismin konumunu değiştiriyorsa cisim üzerinde bir “iş” yapmış olur. Yapılan bu işin sonucunda cisim de yapılan iş kadar “enerji” kazanır. Cismin kazandığı enerji, kinetik veya potansiyel enerji şeklinde olabilir. Cisim, kazandığı bu enerjiyi kullanarak kendisi de bir iş yapabilir yani aldığı enerjiyi iş yaparak geri verebilir. Dolayısıyla “enerji”, iş yapabilme kapasitesi olarak tanımlanabilir. İş ve enerjinin boyut ve birimleri aynı olup Uluslararası Birim Sistemi’nde “joule” birimiyle ifade edilir.
Bir kuvvetin iş yapabilmesi için etki ettiği cismi hareket ettirmesi yani yerini değiştirmesi gerekir. Büyük bir kaya parçasını yerinden oynatmaya çalıştığımızda çok yorulabiliriz ancak kayanın yerini değiştirmediğimiz sürece fiziksel olarak bir iş yapmış olmayız. Çünkü kayaya enerji kazandırmayız, yorgunluğumuz kaslarımızı zorlamamızdan dolayı oluşur.
İş yapmak için yer değiştirme tek başına yeterli değildir. Çünkü bir kuvvet, bir cismin yerini değiştirse bile her zaman bir iş yapmayabilir! Bu noktada günlük hayatta kullanılan iş ile fizikteki iş tanımlarını birbirinden ayırabiliriz: Bir kuvvet “sadece uygulandığı doğrultuda” cismin konumunu değiştiriyorsa bir iş yapmış olur. Eğer kuvvet ve cismin yer değiştirme doğrultuları birbirine dikse fiziksel olarak bir iş yapılmamış olur! Bu duruma dairesel hareketi örnek olarak verebiliriz. Dairesel hareketin oluşmasına yol açan kuvvet merkezcil bir kuvvettir yani kuvvetin yönü merkeze doğrudur ama etki ettiği cisim merkeze doğru değil, bu doğrultuya dik olan dairesel yörünge doğrultusunda hareket eder. Dolayısıyla merkezcil kuvvet cisme enerji kazandırmaz çünkü dairesel harekette kuvvet ve yer değiştirme her zaman birbirine diktir. Özetle fiziksel olarak bir kuvvetin iş yapabilmesi için etki ettiği cismin yer değiştirmesinin sıfırdan farklı olmasının yanı sıra kuvvetle aynı doğrultularda olması gerekir.
Günlük hayatta iş ve enerjiyle ilgili kafamızı karıştıran deneyimler yaşamış olabiliriz. Örneğin kolumuzu öne doğru, yere paralel şekilde uzatıp avucumuzda bir kitabı uzun süre tutarsak kolumuzun yorulacağını biliriz. Yorulmuş olsak da kitabın konumunu değiştirmediğimiz için fiziksel olarak bir iş yapmış olmayız. Yorulmamızın nedeni, kitabı aşağı doğru çeken yer çekimi kuvvetine eşit ve ters yönde bir kuvvetle cismi hareketsiz tutmaya çalışırken kaslarımızda harcadığımız enerjidir.
İş ve güç arasındaki fark nedir?
Yukarıdaki iş tanımını yaparken, yapılan “işin” ne kadarlık bir “zamanda” yapıldığına hiç değinmedik. Bir işin ne kadar çabuk (hızlı) yapıldığı konusunda bir fikir edinebilmek için zamanı da dikkate almak gerekir. Güç, bir işin ne kadar sürede yapıldığını belirten bir kavramdır. Başka bir deyişle “güç”, bir işin yapılma hızıdır. Örneğin aynı işi bir kişi bir saatte, diğeri ise 5 dakikada yapıyorsa, yapılan iş ve dolayısıyla harcanan enerji aynı olsa da işi kısa sürede yapan (5 dakikada yapan) daha güçlüdür.
Enerji korunur mu?
Enerji; potansiyel, kinetik veya ısı gibi değişik enerji formlarında olabilir. Bir enerji formundan diğerine dönüşebilir ama kaybolmaz, korunur. Örneğin evimizde kullandığımız ütü, barajlarda belirli bir yükseklikten (potansiyel enerji) düşen suyun elektrik tribünlerini döndürmesi (kinetik enerji) sonucu üretilen elektrik enerjisini ısıya dönüştürür. Bu döngüde enerji değişik formlara, potansiyel enerjiden ısı enerjisine dönüşür.