Fizikte kullanılan iş kavramı ile günlük hayatta kullandığımız iş sözcükleri tamamen farklıdır. Bunu bir örnek ile açıklamak gerekirse, “getir götür işleri yapmaktan bıktım” cümlesindeki iş fizik olarak yapılan işi gösterir. Ancak “iş yerine kaç dakikada gidiyorsun?” cümlesinden ise iş yapılan yer söz konusudur. Dolayısı ile her zaman iş sözcüğü fizik bilimindeki karşılığı ile kullanılmayabilir.
Fizikte İş Kavramı
Fizikte yapılan iş kritere bağlıdır. Bunlar; cisim, kuvvet ve yer değiştirmedir. Fizik biliminde yapılan bir işten bahsedebilmek için bir cisme bir kuvvet uygulanmalı ve bu kuvvet etkisi ile cisim kuvvet doğrultusunda yer değiştirmelidir. Aşağıdaki resimde de görüleceği üzere masaya uygulanan F kuvveti nedeniyle masanın kuvvet doğrultusunda yer değiştirmesi gibi. Bu durumda masa üzerinde iş yapılmış olur.
Bir cisim üzerinde iş yapılabilmesi için cismin kuvvet ile aynı yönde yer değiştirmesi gerekir. Eğer cisim yer değiştirmiyorsa fiziksel olarak iş yapılmamış olur. Bunu bir örnek ile açıklamak gerekirse;
Bir kutuyu yerden alıp yukarı doğru kaldırıp omuzuna koyduğunuzda iş yapmış olursunuz. Çünkü kutuya kuvvet uygulayarak kitabın yer değiştirmesini sağlamış olursunuz. Ancak kutuyu omuzunuzda sabit tutup düz bir zeminde yürürseniz iş yapmış olmazsınız. Bunun nedeni ise kutuya uygulanan kuvvetin yukarı doğru dik yönde olması ve yer değiştirmenin ise yatay düzlemde olmasıdır. Yer değiştirme kuvvet ile aynı doğrultuda olmadığı için iş yapılmaz.
İş İle Enerji Arasındaki İlişki ve Fark
Bir işi yapmak istiyorsanız enerjiye ihtiyaç duyarsınız. Örneğin ısınmak için yakıt enerjisine, elektronik aletleri çalıştırmak için elektrik enerjisine, binanın çatısındaki suyu ısıtmak için güneş enerjisine, sörf yapmak için dalga enerjisine ihtiyacınız var demektir. Yada kalbin ve diğer organların çalışabilmesi için besinlerden alınan enerjiye ihtiyaç vardır. Yani bütün bu işleri yapabilmek için enerjiye ihtiyaç vardır. Dolayısı ile enerjinin kısaca tanımı da iş yapabilme yeteneğidir.
Bir cisim üzerinde iş yapabilmek için o cisme enerji aktarmanız gerekir. Cismin enerjisi ise sizin aktardığınız enerji kadar değişiklik gösterir. İşte İş-Enerji Teoremi tam da budur.
Yapılan iş W ile gösterilir ve cismin enerjisindeki değişim de ΔE şeklinde gösterilir. Buna göre formül;
W=ΔE
şeklinde olur.
İş Formülleri
Fizikte yapılan iş W ile gösterilir. Yapılan işi birimi ise SI birim sisteminde birimi jouledür (J). Cisme uygulanan kuvvet F ve kuvvet ile sağlana yer değiştirme ise Δx olarak gösterilir. Yani;
İş: W joule (J)
Kuvvet: F Newton (N)
Yer değiştirme: Δx metre (m)
Bu durumda iş formülü şu şekilde olacaktır;
W = F.Δx
1J = 1N.1m
Joule = Newton.Metre
Sonuç olarak cisme uygulanan kuvvetin büyüklüğü ve cismin yaptığı yer değiştirmenin büyüklüğü yapılan işin büyüklüğünü gösterecektir.
İş İle İlgili Örnekler
Örnekle açıklamak gerekirse;
Örnek 1:
Düz bir zeminde bir cisme 20 N’luk bir kuvvet uygulanması ile 4 metre yer değiştirme sağlanırsa yapılan iş;
W = F.Δx
W = 20.4
W = 80 J
Düz bir zeminde bir cisme 30 N’luk bir kuvvet uygulanması ile 6 metre yer değiştirme sağlanırsa yapılan iş;
W = F.Δx
W = 30.6
W = 180 J
Görüleceği üzere kuvvet ve yer değiştirme arttığı zaman yapılan işin büyüklüğü de artmış olur.
Örnek 2:
Bir cisme birden fazla kuvvet uygulandığını varsayalım. F1=10N, F2=20N ve F3=30N şeklinde üç kuvvet uygulansın. Bu kuvvetlerin etkisi ile cisim 5 metre yer değiştirmiş (Δx) olsun. Bu durumda yapılan iş;
W = F.Δx
W = (F1+F2+F3).Δx
W = (10+20+30).5
W = 60.5
W = 300 J
Ayrıca her bir kuvvetin yaptığı iş ayrı ayrı hesaplandıktan sonra üç iş toplanarak toplam iş bulunabilirdi.
İş ve Enerji İle İlgili Sorular
Aşağıda yer alan sorulara cevap verebiliyorsanız, konuyu anlamışsınız demektir.
1. İş nedir? Enerji Nedir?
2. İş ve enerji arasında nasıl bir ilişki vardır?
3. İş formülleri nelerdir?
4. Yapılan işin büyüklüğü nelere bağlıdır?
5. Bir hamalın düz bir zeminde sırtında taşığı yük iş midir? Açıklayınız.