Enerjinin Korunumu Nedir? Potansiyel ve Kinetik Enerji Dönüşümleri

Ai_yoshi/iStock.com

Potansiyel Enerji Nedir?

Potansiyel enerji, bir nesnenin konumuna, durumuna ve etki altında olduğu kuvvetlere bağlı olarak depoladığı kabul edilen enerjidir. Örneğin bir nesneyi yüksek bir yere kaldırdığınızda, bu nesne bulunduğu konum nedeniyle potansiyel enerji kazanır. Elinizde bir top tuttuğunuzu düşünün. Topu olduğu yerden aldığınız için onda potansiyel enerji birikmiş oldu. Topu bırakırsanız topun sahip olduğu potansiyel enerji yere düşmesine neden olur.

Çizer: Derin Aslan

Potansiyel enerji farklı şekillerde de ortaya çıkabiliyor. Örneğin bir yay ya da bir lastik bant gerildiğinde potansiyel enerji birikiyor. Bu enerji uygun şartlar oluştuğunda, örneğin gerilen yayı serbest bıraktığınızda kinetik enerjiye dönüşüyor.

KidLand/iStock.com

Yayın sıkıştırılmasıyla biriken potansiyel enerji, yay serbest bırakıldığında kinetik enerjiye dönüşerek topları hareket ettirir.

Kinetik Enerji Nedir?

Bir nesne hareket ettiğinde bu harekete bağlı olarak oluşan enerjiye kinetik enerji diyoruz. Örneğin bir bisikletin yokuş aşağı hızlanması sırasında taşıdığı enerji kinetik enerjidir ya da bir parkta salıncakta sallanan bir çocuk, ileri geri hareket ederken kinetik enerjiye sahiptir.

Kinetik enerjinin büyüklüğü bir nesnenin hızına ve kütlesine göre değişebiliyor. Nesne ne kadar hızlı hareket ederse ve ne kadar büyük kütleye sahipse o nesnenin kinetik enerjisi o kadar fazla oluyor. Örneğin aynı hızda hareket eden bir bowling topu ile bir tenis topunu düşünelim. Daha büyük kütleli olan bowling topu tenis topuna göre daha fazla kinetik enerjiye sahip. Çünkü bowling topunun kütlesi daha büyüktür. Benzer şekilde aynı kütleye sahip iki otomobilden daha yüksek hızlarda sürüleni, daha fazla kinetik enerjiye sahip olacaktır.

Nattrass/iStock.com

Potansiyel Enerji ile Kinetik Enerji Birbirine Nasıl Dönüşür?

Potansiyel enerji ve kinetik enerji birbirine her zaman dönüşebilir. Bu dönüşüm, enerjinin nasıl "işlediğini" ve her iki enerji türü arasındaki geçişleri anlamamızı sağlar. Örneğin elinizde tuttuğunuz topu bıraktığınızda ne olur? Top yerçekiminin etkisiyle aşağı doğru hareket ederek hızlanmaya başlar. Topun başlangıçta yüksekliğinden dolayı sahip olduğu potansiyel enerjisi, yerçekiminin etkisiyle kinetik enerjiye dönüşür ve top hareket ederek yere düşer. Bu sırada topun potansiyel enerjisi neredeyse tamamen kinetik enerjiye dönüşmüş olur.

Aynı şekilde yokuş aşağı inerken kinetik enerji kazanan bir bisiklet, tepeye doğru tırmanırken hızını kaybeder ve kinetik enerjisi potansiyel enerjiye dönüşür.

Bu dönüşümler sırasında enerjinin kaybolup kaybolmadığını merak edebilirsiniz. Enerji yok olmuyor, yalnızca bir biçiminde azalma olursa diğer biçiminde artış oluyor. Diğer ifadeyle kinetik enerjideki artış, potansiyel enerjideki azalışa ya da kinetik enerjideki azalış, potansiyel enerjideki artışa eşit oluyor. Bu, "Enerjinin Korunumu Yasası" olarak biliniyor. Aynı zamanda termodinamiğin birinci yasası.

ttsz/iStock.com

Termodinamik yasaları, enerjinin doğasını ve nasıl davrandığını anlamamıza yardımcı olan temel fizik kuralları. Birinci yasa, enerjinin yoktan var edilemeyeceğini ve kaybolmayacağını, sadece bir biçimden diğerine dönüşebileceğini belirtiyor. Yani evrendeki toplam enerji sabittir. Bu yasa, potansiyel enerjinin kinetik enerjiye ve kinetik enerjinin potansiyel enerjiye dönüşümünü de açıklıyor.  Enerji dönüşümleri günlük hayatımızda pek çok yerde karşımıza çıkıyor ama gelin biz artık pek de yaygın olmayan sapandan örnek verelim Bir sapanla taş fırlatacak olsanız önce sapanın yayını germeniz gerekir. Şimdi yayı germenizle potansiyel enerji biriktirdiniz. Sapanı bıraktığınızda yayı gererek biriktirdiğiniz potansiyel enerji kinetik enerjiye dönüşüyor ve taşın hızla fırlamasına yol açıyor.

Numbeos/iStock.com

Bir kaya, yukarı doğru fırlatılmak üzere bir sapanla geriye doğru çekilir.

Aynı şekilde bir su damlası buluttan düşerken yüksekliğinden dolayı sahip olduğu potansiyel enerji kinetik enerjiye dönüşerek onun hızlanmasına neden oluyor. Potansiyel enerji ve kinetik enerji, enerjinin iki temel biçimi ve sürekli birbirine dönüşerek hayatımızda önemli bir rol oynuyor. Bu iki enerji biçimi arasında gerçekleşen dönüşümler, enerjinin korunumu ilkesine dayanıyor ve termodinamiğin temel yasalarıyla açıklanıyor. Bu ilke, evrendeki enerji döngüsünü açıklamamıza ve önemli bilimsel atılımlar gerçekleştirmemize yardımcı oluyor.

Kaynaklar:

• MEB. (2018). İlköğretim fen bilimleri dersi (5, 6, 7 ve 8. sınıflar) öğretim programı. Ankara: Talim ve Terbiye Kurulu Başkanlığı.
• https://pressbooks-dev.oer.hawaii.edu/biology/chapter/the-laws-of-thermodynamics/
• https://www.bu.edu/gk12/kai/Lesson%204/E_Back.pdf
• https://www.sciencedirect.com/topics/social-sciences/kinetic-energy
• https://acikders.ankara.edu.tr/pluginfile.php/115626/mod_resource/content/1/Bölüm4-İş-Güç-Enerji.pdf