Düz bir yolda ilerleyen bir aracın frenine basılmasıyla oluşan enerji dönüşümleri hangileridir?
Cevap:
Soruya verilen bilgileri değerlendirecek olursak:
- Düz bir yolda ilerleyen araç, fren yaparak yavaşlar ve durur.
- Enerji dönüşümü sırasında, kinetik enerji azalır ve bu enerji farklı bir enerji formuna dönüşür.
Enerji Dönüşümleri
-
Kinetik enerji
Isı enerjisi- Frenleme işlemi sırasında, aracın hareket enerjisi (kinetik enerji), sürtünme nedeniyle fren bileşenlerinde ve lastiklerde ısı enerjisine dönüşür. Bu dönüşüm doğru.
-
Kinetik enerji
Potansiyel enerji- Araç durma esnasında yavaşlarken kinetik enerjisinden potansiyel enerjiye dönüşümden bahsedilmez çünkü araç düz bir yolda durmaktadır. Potansiyel enerji, genellikle nesnelerin yükseklik farkıyla oluşur. Bu dönüşüm gerçekleşmez.
-
Potansiyel enerji
Kinetik enerji- Potansiyel enerjiden kinetik enerjiye dönüşüm, genellikle serbest düşme veya yokuş aşağı hareket eden cisimlerde meydana gelir. Ancak burada böyle bir dönüşüm yoktur. Bu dönüşüm gerçekleşmez.
Doğru seçenek: A) Yalnız I
Enerji dönüşümü yalnızca Kinetik enerji Isı enerjisi şeklinde gerçekleşir. Sorunun çözümüne göre diğer dönüşümler uygun değildir.
@username
Düz Bir Yolda İlerleyen Bir Aracın Frenine Basıldığında Gerçekleşen Enerji Dönüşümleri Nelerdir?
Cevap:
Bir aracın düz yolda ilerlerken fren yapması sonucu gerçekleşen temel enerji dönüşümü, kinetik enerji → ısı enerjisi şeklindedir. Aracın tekerlekleri ve fren balataları arasındaki sürtünme, aracın hareketinin yavaşlamasına neden olur. Bu esnada aracın sahip olduğu kinetik enerji, sürtünme ve fren sisteminin etkisiyle ısı enerjisine dönüşerek yayılır. Düz yolda hareket eden bir araçta ise genellikle potansiyel enerji değişimi (yükseğe çıkma veya alçalmadan dolayı) gözlenmediği için, “Kinetik enerji → potansiyel enerji” veya “Potansiyel enerji → kinetik enerji” dönüşümleri gerçekleşmez.
Aşağıda bu konu ile ilgili detaylı bir anlatım yer almaktadır.
Kinetik Enerji Nedir?
- Tanım: Kinetik enerji, bir cismin hareketinden dolayı sahip olduğu enerjidir. Eğer bir cisim belli bir hızda ilerliyorsa ya da dönüyorsa, kinetik enerjisi vardır.
- Formül: Basit hâliyle, herhangi bir cismin kütlesi m ve hızı v ise, cismin kinetik enerjisi E_k = \frac{1}{2} m v^2 formülüyle ifade edilir.
- Örnek: Düz yolda hareket eden aracın, frenleme öncesinde sahip olduğu enerji kinetik enerjidir.
Isı Enerjisi Nedir?
- Tanım: Isı enerjisi, bir sistemin veya maddenin taneciklerinin hareketi sonucu ortaya çıkan enerjidir. Moleküllerin ya da atomların titreşim, dönme gibi hareketlerinden kaynaklanır.
- Frenleme Sırasında Isı Oluşumu: Aracın fren balataları ve tekerleri sürtünme ile ısınır. Buna bağlı olarak aracın kinetik enerjisi, büyük ölçüde ısı enerjisine dönüşür.
Potansiyel Enerji Nedir?
- Tanım: Potansiyel enerji; cismin konumu, durumu veya konfigürasyonu nedeniyle depoladığı enerjidir. En yaygın örneği, yerçekimi potansiyel enerjisidir: Yerden yüksek bir konumda duran cismin, konumundan ötürü sahip olduğu enerjidir.
- Düz Yolda Potansiyel Enerji Değişimi: Düz yolda hareket eden araç, sabit bir yükseklikte olduğu için potansiyel enerjisinde anlamlı bir değişim beklenmez. Yokuş aşağı ya da yokuş yukarı durumları varsa potansiyel enerji ve kinetik enerji dönüşümleri devreye girebilir. Ancak soruda yolun “düz” olduğu vurgulandığından II (Kinetik enerji → Potansiyel enerji) veya III (Potansiyel enerji → Kinetik enerji) dönüşümler gerçekleşmez.
Düz Yolda Frenleme Süreci: Enerji Dönüşümleri
-
Kinetik Enerji (Aracın Hareketi)
- Araç düz yolda belirli bir hızla ilerler. Bu esnada kütlesi ve hızı nedeniyle kinetik enerjiye sahiptir.
-
Fren Balatalarıyla Sürtünme
- Fren pedalına basıldığında, fren balataları dönmekte olan tekerlere sıkıca temas ederek ciddi bir sürtünme yaratır.
- Sürtünme, enerjinin bir kısmının ısı enerjisine dönüşmesine yol açar.
-
Aracın Yavaşlaması ve Durması
- Hareket yavaşladıkça aracın kinetik enerjisi azalır.
- Azalan kinetik enerjinin büyük bölümü ısı enerjisi olarak etrafa yayılır (fren diskleri veya kampanaları ısınır, tekerlekler ısınır, hatta çevreye ısı yayılır). Üstelik bir miktar ses enerjisi de oluşabilir ama asıl dönüşüm ısı enerjisine doğrudur.
- Sonuçta araç tamamen durduğunda, yani hızı v=0 olduğunda aracın kinetik enerjisi de sıfırlanmıştır.
-
Potansiyel Enerji Değişimi Yok
- Araç, “düz bir yolda” hareket ettiği için yerçekimi potansiyel enerjisi kayda değer bir değişikliğe uğramaz. Dolayısıyla “Kinetik enerji → Potansiyel enerji” ya da “Potansiyel enerji → Kinetik enerji” dönüşümlerinden söz edilemez.
Doğru Şık Hangisidir?
Soruda şu üç seçenek sunulmuş:
- I. Kinetik enerji → Isı enerjisi
- II. Kinetik enerji → Potansiyel enerji
- III. Potansiyel enerji → Kinetik enerji
Aracın frenlenip durması sırasında yalnızca I. (Kinetik enerji → Isı enerjisi) dönüşümü gerçekleşir. Dolayısıyla doğru cevap “Yalnız I” olmalıdır.
Konunun Özet Tablosu
| Enerji Türü | Tanımı | Frenleme Sırasında Durum |
|---|---|---|
| Kinetik Enerji | Cismin kütlesi ve hızı nedeniyle sahip olduğu hareket enerjisi | Fren öncesinde araçta yüksek (hızlı gittiği sürece). Frenleme ile bu enerji azalır ve ısı olarak yayılır. |
| Isı Enerjisi | Moleküllerin hareketinden (titreşim, dönme vb.) kaynaklanan enerji | Sürtünme sonucunda aracın fren balataları ve tekerlekleri ısınır, çevreye de bir miktar ısı yayılır. |
| Potansiyel Enerji | Cismin konumundan ya da durumundan dolayı depoladığı enerji (ör. yerçekimi) | Düz yol koşullarında değişmediği için potansiyel enerji dönüşümleri (II ve III) bu durumda geçerli değildir. |
| Kinetik → Isı Enerjisi | Durağan bir ortamda kinetik enerjinin sürtünme vb. faktörlerle ısıya dönüşmesi | Araç fren yaparken esastır, en büyük paya sahip enerji dönüşümüdür. |
| Kinetik → Potansiyel Enerji | Cismin hareket enerjisinin konum değişikliğiyle depolanması (örneğin yokuş çıkma) | Düz yolda frenleme sırasında gerçekleşmez. |
| Potansiyel → Kinetik Enerji | Cismin potansiyel enerjisinin hareket enerjisine dönüşmesi (örneğin yokuş aşağı) | Düz yolda frenleme sırasında da gerçekleşmez. |
Sonuç ve Kısa Özet
Düz bir yolda ilerleyen bir araç fren yaptığında sistemde esas olarak kinetik enerji sürtünmenin etkisiyle ısı enerjisine dönüşür. Araçta bir yükseklik kazanımı ya da kaybı olmadığı için potansiyel enerji değişimi yaşanmaz. Dolayısıyla, verilmiş seçeneklerden yalnızca “Kinetik enerji → Isı enerjisi” ifadesi (I) doğrudur. Kinetik enerjinin potansiyel enerjiye veya potansiyel enerjinin kinetik enerjiye dönüşmesi için yokuş inip çıkma ya da başka bir kuvvetli konum değişikliği gerekir. Bu soruda ise yolun düz olması, potansiyel enerji dönüşümünü geçersiz kılmaktadır.
Düz bir yolda ilerleyen bir aracın frenine basılıyor. Araç yavaşlamaya başlıyor ve bir süre sonra duruyor. Aracın frenine basılmasıyla duruncaya kadar geçen süre içinde, I. Kinetik enerji → Isı enerjisi, II. Kinetik enerji → Potansiyel enerji, III. Potansiyel enerji → Kinetik enerji enerji dönüşümlerinden hangileri gerçekleşir?
Cevap:
• Gerçekleşen Dönüşüm (I):
Araç fren yaparken tekerleklerle zemin arasındaki sürtünme artar. Bu sürtünme kuvveti aracın hızını azaltarak aracın sahip olduğu kinetik enerjiyi ısı enerjisine dönüştürür. Metal parçaların ısınması ve lastiklerin sürtünmesi gibi sonuçlarda da bu enerji dönüşümü görülür.
• Gerçekleşmeyen Dönüşümler (II ve III):
Araba düz yolda ilerlediği için durma sürecinde kinetik enerjinin potansiyel enerjiye veya potansiyel enerjinin kinetik enerjiye dönüşmesi söz konusu olmaz (yokuş inme ya da çıkma gibi durumlar yaşanmadığından).
Bu nedenle frenleme sırasında gerçekleşen tek enerji dönüşümü, kinetik enerjinin ısı enerjisine dönüşmesidir. Dolayısıyla “Yalnız I” doğru cevaptır.