Kinetik Enerji Nedir, Çeşitleri Nelerdir?

Kinetik enerji: Bir cismin hareketinden dolayı sahip olduğu enerjiye denir. Faydalı iş yapabilen hareket enerjisidir. Kütle, hız ve yapılan iş ölçülürse bulunur.

Kinetik Enerji Formülü

 

 

• m: kütle (kilogram)
• v: hız (m/s)
• E: enerji (joule)

Kinetik enerji, kütle değeri ve hızın karesi ile doğru orantılıdır.

Duran bir cismi hareket ettirmek için üzerine kuvvet uygulamak gerekir. Kuvvet uygulanırken cisim yer değiştirir, bu nedenle cismin üzerinde iş yapılır. İşin yapılmasıyla enerji cisme aktarılır ve bu cisim yeni bir sabit hızla hareket eder.  Cismi kütlesine ve ulaştığı hıza bağlıdır. Kütle ve hız ile ilişkilidir.

Kinetik enerjinin birimi Joule’ dür. Dolayısıyla potansiyel enerji de dahil olmak tüm enerji çeşitlerinin birimi Joule (J)’dur.

Kinetik Enerji Örnekleri

Duran bir cismin kinetik enerjisi olmaz. Ama hareketli cisimler iş yapabilme yeteneğine sahiptirler. Bir maddeye kuvvet uygulandığında kinetik enerji kazandırılmış olur. Kütlesi ile ters orantılı olacak şekilde hızı artar ve bir iş oluşur. Akan su, hareket hâlindeki araba, yüksekte uçmakta olan bir kuşun sahip olduğu enerji kinetik enerjidir. Yine bir taşın fırlatılması, yürüme, koşma ve gemilerin hareketi kinetik enerjiye örnektir.

Kinetik enerji, bazı elektrik enerjisi üretim sistemlerinin analizinde kullanılabilir. Hidroelektrik santrallerinde suyun sahip olduğu potansiyel ve kinetik enerjisinin farkları kullanılır. Rüzgar enerji santrallerinde, rüzgarın hızı ve kütlesel debisi elektrik üretiminde oldukça önemlidir.

Kinetik enerji kütle ve hıza bağlı olarak değişir. Aynı zamanda sürtünme kuvveti gibi etkenler de kinetik enerjiyi etkileyen faktörler arasındadır.

Kinetik enerji, kütle ile doğru orantılıdır. Bir cisim ne kadar ağırsa hareket halinde o kadar çok kinetik enerjisi olur. Örnek, eşit hızla hareket eden otobüs ile otomobilin kinetik enerjileri birbirinden farklıdır. Otobüsün kinetik enerjisi, sahip olduğu kütleye bağlı olarak daha fazladır.

Kinetik enerji hızın karesi ile doğru orantılıdır. Hız arttıkça, cisimlerin kinetik enerjisi de artar. Kütleleri eşit olan iki maddeden hızı daha fazla olanın kinetik enerjisi daha fazladır. Örnek, kütleleri eşit olan iki atletten, saatte 10 km hız ile koşanın kinetik enerjisi, saatte 5 km hız ile koşana göre daha fazladır.

Kinetik Enerji Çeşitleri

Kinetik enerjinin cismin hareketine göre öteleme, dönme ve yüksek hızda olmak üzere üç çeşidi vardır.

Öteleme kinetik enerjisi

Doğrusal bir yolda giden cismin kinetik enerjisine, öteleme kinetik enerji denir.

Dönme kinetik enerjisi

Kütle merkezinden geçen bir doğru etrafında dönen cisimlerin sahip olduğu kinetik enerjidir.

Yüksek hızda kinetik enerji

Newton mekaniği’ nin yasaları, ışık hızına oranla küçük hızlarda hareket eden parçacıkların hareketlerini tanımlamada geçerlidir. Parçacık hızları c ile karşılaştırılabilir olduğunda, Newton mekaniğindeki denklemler, yerini görelilik teorisinin öngördüğü daha genel denklemlere bırakır.

Görelilik teorisine göre, çok büyük {v} hızıyla hareket eden {m} kütleli bir parçacığın kinetik enerjisi:

Bu açıklamaya göre c den daha büyük hızlar yoktur. Çünkü v c ye yaklaşırken   E  sonsuza gider.

Kinetik Enerji ve Potansiyel Enerji 

Yere doğru düşen bir cisim üzerine etki eden kütle-çekim kuvveti cisim üzerinde iş yapar ve bu yüzden cismin kinetik enerjisi artar. Yani, cismin potansiyel enerjisi ile kinetik enerjisi arasında ters orantılı bir ilişki vardır. Potansiyel enerji azaldıkça, kinetik enerji dönüşümü gerçekleşir ve kinetik enerji artar.

Kinetik Enerji ve Sürtünme 

Sürtünme kuvveti, evrenin mevcut mükemmel düzeninde devam etmesi için var edilmiş bir kuvvettir. Eğer sürtünme olmasaydı, hareket bir cismin sonsuza dek hareketi sürdürür, asla duramazdı. Kinetik enerji, iş yaparken ortamın sahip olduğu sürtünme kuvveti kadar bir kayba uğrar. Yani, sürtünme kuvveti kinetik ve potansiyel enerjiyi ve dolayısıyla mekanik enerjiyi azaltan bir kuvvettir.

Ortalama Kinetik Enerji

Bir maddeyi oluşturan taneciklerin sahip olduğu ortalama kinetik enerjisi sıcaklıktır. Maddeyi oluşturan taneciklerin kinetik enerjileri birbirinden farklıdır. Çünkü tanecikler kinetik enerjilerini birbirlerine çarpışma sonucu aktarırlar. Bununla birlikte her bir taneciğin kinetik enerjisi sürekli değişim halindedir.

Aynı sıcaklıktaki maddedeki taneciklerin kinetik enerjisi birbirinden farklıdır. Sonuçta sıcaklık, taneciklerin tamamının ortalama kinetik enerjisidir. Tüm moleküllerin kinetik enerjisinin toplamını tanecik sayısına böleriz. O maddenin ortalama kinetik enerjisini buluruz. Bulunan değerlerde hangi maddede değer daha fazla çıkarsa o maddenin sıcaklığı daha fazladır.

Bir su kütlesi düşerken potansiyel enerjisi, kinetik enerjiye dönüşür. Bu kinetik enerji bir su türbini döndürür. Bu türbinin dönme mili, bir su kabı içindeki karıştırıcıyı da döndürürse,  kap içinde bulunan suyun, sıcaklık derecesi yükselir. Suyun kazandığı ısı, türbini döndüren suyun kinetik enerjisidir. O halde ısı da bir enerjidir.

Isınan cisimler iş yaparlar. Gaz dolu bir kabın altı ısıtıldığı zaman kabın kapağı yükselir. Bu durumda ısı enerjisi potansiyel enerjiye dönüşmüştür. T sıcaklığındaki bir cismin sahip olduğu enerji,

1/2 K x T² formülü ile ifade edilir. K Boltzmann sabitidir.