İş - Enerji - Güç

Günlük hayatta "çok iş yaptım" dediğimizde aslında fizikteki "iş" kavramından bahsetmiyoruz. Fizikte iş, bir kuvvet uygulanarak cismin bu kuvvet doğrultusunda yer değiştirmesidir. İş skalerdir ve formülü: W = F · Δx şeklindedir.

Enerji ise iş yapabilme yeteneğidir. Kinetik enerji cismin hızından dolayı sahip olduğu enerjidir $Ek = ½mv²$. Potansiyel enerji ise cismin konumundan dolayı sahip olduğu enerjidir $Ep = m·g·h$.

Mekanik enerji, kinetik ve potansiyel enerjilerin toplamıdır. Sürtünmesiz ortamda mekanik enerji korunur! Yani bir cisim yüksekten bırakıldığında, potansiyel enerjisi azalırken kinetik enerjisi aynı oranda artar.

💡 İlginç bilgi: Enerji yoktan var edilemez, var olan enerji de yok edilemez, sadece başka bir türe dönüşebilir. Bu evrenin en temel yasalarından biridir!

Günlük hayatta kullandığımız enerji kaynakları ikiye ayrılır. Yenilenebilir kaynaklar (güneş, rüzgâr, jeotermal vb.) doğada kendiliğinden yenilenir. Yenilenemez kaynaklar (kömür, petrol, doğalgaz vb.) ise sınırlıdır ve tükenir.

Güç, birim zamanda yapılan iştir ve formülü P = W/Δt şeklindedir. Watt (W) birimi ile ölçülür. Güç ne kadar büyükse, aynı işi o kadar kısa sürede yapabilirsin!

Elektrostatik

Elektriklenme çevremizdeki çok sıradan olaylarda bile görülür. Saçını taradığında veya kazağını çıkardığında çıtırtılar duyuyorsan, elektriklenme olayına tanık oluyorsun!

Maddeleri oluşturan atomlarda elektron (-) ve protonlar (+) bulunur. Bir madde elektron kaybederse pozitif, elektron kazanırsa negatif yüklenir. Yüklerin miktarı eşitse madde nötrdür.

Elektrik yükleri arasında çekme veya itme kuvveti vardır. Zıt yükler birbirini çeker, aynı yükler birbirini iter. Bu kuvvetin büyüklüğü Coulomb kanunu ile hesaplanır: F = k·|q₁·q₂|/d²

Elektriklenme üç şekilde gerçekleşebilir:

• Sürtünme ile: Ebonit çubuk yün kumaşa sürtülünce elektriklenme oluşur
• Dokunma ile: Yüklü bir cisim başka bir cisme dokundurulur
• Etki ile: Yüklü cisim, dokunmadan başka bir cismi etkiler

💡 Yıldırımlar, bulutların elektriklenmesi sonucu oluşur. Bir yıldırım düştüğünde sıcaklığı Güneş'in yüzeyinden bile daha sıcak olabilir!

Sivri uçlarda elektrik yükü daha çok birikir, buna sivri uç etkisi denir. Paratonerler bu prensiple çalışır ve binaları yıldırımdan korur.

Yükün etkisini gösterdiği bölgeye elektrik alan denir. Elektrik alan içerisine yerleştirilen bir yüklü cisim, alana paralel bir kuvvet etkisinde kalır.

Elektrik Akımı ve Manyetizma

Elektronların düzenli hareketi elektrik akımı oluşturur. Elektrik devrelerinde akım "i" sembolü ile gösterilir ve ampermetre ile ölçülür. Katılarda yük taşıyıcıları elektronlardır, sıvı ve gazlarda ise iyonlardır.

İletkenin iki ucu arasındaki gerilime potansiyel fark (voltaj) denir ve voltmetre ile ölçülür. Voltmetre devreye paralel, ampermetre ise seri bağlanır.

Ohm Kanunu, akım, gerilim ve direnç arasındaki ilişkiyi gösterir: V = i·R. Direncin birimi ohm (Ω)'dur ve reosta ile ayarlanabilir.

Dirençleri devreye bağlarken iki yöntem kullanılır:

• Seri bağlama: Toplam direnç, dirençlerin toplamına eşittir $Reş = R₁ + R₂$
• Paralel bağlama: Toplam direncin tersi, her bir direncin tersinin toplamına eşittir $1/Reş = 1/R₁ + 1/R₂$

💡 Elektrik devreleri tehlikeli olabilir! Eğer bir devre üzerinde çalışıyorsan, önce elektriği kesmelisin. Güvenlik her zaman önceliklidir!

Manyetizma ise mıknatısların oluşturduğu çekim veya itme etkisidir. Mıknatısların N (kuzey) ve S (güney) olmak üzere iki kutbu vardır. Aynı kutuplar birbirini iter, zıt kutuplar çeker.

Akım geçen bir tel etrafında manyetik alan oluşur. Sağ el kuralı ile bu alanın yönünü bulabiliriz: Sağ elin dört parmağı akım yönünde ise, başparmak manyetik alan yönünü gösterir.

Optik

Çevremizdeki dünyayı görmemizi sağlayan ışık, ilginç özelliklere sahiptir! Optik, ışığın davranışlarını inceleyen fizik dalıdır.

Işık doğrular boyunca yayılır ve saniyede yaklaşık 300.000 km yol alır. Işığı tamamen geçiren maddeler saydam (cam), kısmen geçirenler yarı saydam (buzlu cam), hiç geçirmeyenler ise opak (tahta) olarak adlandırılır.

Işığın bir yüzeyden geri dönmesine yansıma denir. Yansımada gelme açısı ile yansıma açısı birbirine eşittir. Düzlem aynada görüntü gerçek boyutunda, düz ve sanaldır.

Küresel aynalar iki çeşittir:

• Çukur ayna: Işınları bir noktada toplayabilir, gerçek ve ters görüntü oluşturabilir
• Tümsek ayna: Işınları dağıtır, her zaman küçük ve düz (sanal) görüntü oluşturur

💡 Mercekler gözlük, mikroskop, teleskop ve fotoğraf makinesi gibi birçok optik alette kullanılır!

Işığın bir ortamdan başka bir ortama geçerken doğrultusunun değişmesine kırılma denir. Işık hızının yoğun ortamda daha az olması nedeniyle oluşur ve Snell Yasası ile açıklanır.

Gözde en sık görülen kusurlar miyop (uzağı görememe) ve hipermetrop (yakını görememe) olup, uygun merceklerle düzeltilebilir. Gözlük numarası diyoptri birimiyle ifade edilir.

Dalgalar - 1

Bir taşı suya attığında oluşan dalgaları izledin mi hiç? Dalgalar enerjiyi bir yerden başka bir yere taşır, ama maddeyi taşımaz.

Dalga hareketi, bir titreşimin ortamda ilerlemesiyle oluşur. Anlık bir titreşimle oluşan harekete atma denir. Atmanın genişliği ve genliği (yüksekliği) vardır.

Dalgalar titreşim doğrultusuna göre iki gruba ayrılır:

• Enine dalgalar: Titreşim yönü, ilerleme yönüne diktir (ışık dalgaları gibi)
• Boyuna dalgalar: Titreşim yönü, ilerleme yönüyle aynıdır (ses dalgaları gibi)

Dalgaların yayılabilmesi için ortama ihtiyacı olup olmadığına göre de sınıflandırılır:

• Mekanik dalgalar: Yayılmak için maddesel ortama ihtiyaç duyar (ses, su, yay dalgaları)
• Elektromanyetik dalgalar: Maddesel ortama ihtiyaç duymaz, boşlukta da yayılabilir (ışık, radyo dalgaları)

💡 İnsan kulağı 20-20.000 Hz arasındaki sesleri duyabilir. Yarasalar 100.000 Hz'e kadar olan ultrasonik sesleri duyarak karanlıkta yollarını bulabilir!

Deprem dalgaları da mekanik dalgalardır. Deprem büyüklüğü Richter ölçeğiyle, şiddeti ise Mercalli ölçeğiyle belirlenir. Tsunami ise okyanus tabanında kırılan fayların etkisiyle oluşan dev dalgalardır.

Ses dalgaları boyuna dalgalardır ve boşlukta iletilemez. Ses en hızlı katılarda, en yavaş gazlarda yayılır. Sesin yüksekliği frekansıyla, gürlüğü ise genliğiyle ilgilidir.

Su Dalgaları

Su dalgaları çok ilginçtir çünkü hem enine hem boyuna dalga özelliği gösterir. Su dalgalarını inceleyerek, ışık gibi daha karmaşık dalgaları da daha iyi anlayabiliriz!

Su dalgalarında su molekülleri dairesel bir hareket yapar. Dalga ilerler, ama su molekülleri sadece yerinde dairesel hareket eder. Su dalgalarının hızı, dalga boyu (λ) ile frekansının (f) çarpımına eşittir: v = λ·f.

Su dalgaları doğrusal ve dairesel olarak ikiye ayrılır:

• Doğrusal dalgalar, paralel ışık demetine benzer şekilde ilerler
• Dairesel dalgalar, noktasal bir kaynaktan her yöne yayılır

💡 Su dalgalarını izleyerek, ışığın nasıl yansıdığını ve kırıldığını daha kolay anlayabilirsin!

Su dalgaları engele çarptığında yansır. Yansıma sırasında gelme açısı ile yansıma açısı birbirine eşittir. Engelin şekli (düz, çukur veya tümsek) yansıyan dalgaların şeklini değiştirir.

Su dalgaları derinliği farklı bir bölgeye geçtiğinde kırılır. Derin sudan sığ suya geçen dalganın hızı azalır, dalga boyu kısalır, ancak frekansı değişmez.

Su dalgaları mercek şeklindeki ortamlardan geçerken de kırılır. Bu kırılma, ışığın merceklerden geçişine benzer şekilde gerçekleşir ve dalgaların toplanmasını veya dağılmasını sağlar.