Kinetik Enerji Nedir? Çeşitleri Nelerdir?

Kinetik enerji her ne kadar kulağa fizik dersinin bir konusu gibi gelse de aslında günlük hayatın her alanında karşımıza çıkan kavramlar arasında yer alır.

En temel anlamıyla bir cismin hareket etmesinden dolayı sahip olduğu enerji olarak özetlenen kinetik enerji, günlük hayatın her alanında kendine yer bulur.

Peki kinetik enerji aslında nedir ve çeşitleri nelerdir? Yazının devamında kinetik enerjiyle ilgili bütün detaylara ulaşabilirsiniz.

Kinetik Enerji Nedir?

Elektriğin tarihi söz konusu olduğunda kinetik enerji oldukça önemli bir yere sahiptir. Kinetik enerjinin ne olduğunu anlamak için ilk önce genel olarak enerji çeşitleri hakkında bilgi edinmeniz gerekir. Enerji çeşitlerini incelediğimizde kinetik, mekanik ve potansiyel enerji olmak üzere üç farklı enerji türü günlük hayatın her alanında karşımıza çıkar.

Potansiyel enerji, bir nesnenin ya da kişinin bulunduğu konumdan dolayı depoladığı enerjiyi ifade eder. Kinetik enerji ise bir nesne ya da kişinin hareketinden dolayı kazandığı enerji şeklinde özetlenebilir. Yatay ya da dikey fark etmeksizin harekete sahip olan her nesnede kinetik enerji depolanır. Yani kinetik enerji, bir nesnenin hareket yönünden bağımsız olarak depoladığı enerji olarak özetlenebilir.

Mekanik enerji, hem potansiyel hem de kinetik enerjinin toplanmasıyla elde edilir. Bir nesne ya da kişi aynı anda iki enerjiyi de depolayabilir. Örneğin, bir çiviyi çakmak için çekiç kullandığınızda hem kinetik hem de potansiyel enerji ortaya çıkar. Elinizde sabit bir şekilde tuttuğunuzda çekiçte sadece potansiyel enerji depolanır. Bununla beraber vidayı sabitlemek için çekici geriye doğru kaldırdığınızda kinetik enerji depolanmaya başlar; çünkü nesneyi hareket ettirirsiniz.

Enerjinin korunumu yasası doğrultusunda enerji yoktan var edilemez ve oluşan bir enerji de yok edilemez, sadece dönüştürülebilir. Örneğin, bir sarkaç ileri ve geriye doğru salınım hareketi yaparken kinetik ve potansiyel arasında enerji değişimi gerçekleştirir. Sallanma hareketinin en üst noktasında anlık hareketsiz kalan cismin potansiyel enerjisi yükselirken ardından harekete başladığı noktada kinetik enerjisi artar.

Elinizden yere bir nesneyi düşürdüğünüzde de kinetik enerji üretirsiniz. Başlangıçta nesne havada iken sadece potansiyel enerjisi olsa da yerçekimi etkisiyle ivme kazandığında potansiyel enerjisi kinetiğe dönüşür. Oluşan kinetik enerji, nesnenin yere değmeden önceki anda en üst seviyeye ulaşır ve yere değdiği anda sıfırlanır.

Kinetik Enerjinin Keşfi

Enerji kavramı Aristoteles, Galileo, Descartes ve Leibniz gibi önemli kişiler tarafından her zaman bir tartışma konusu olmuştur. Bununla beraber Albert Einstein enerji ile ilgili önemli atılımlar yapmıştır.

E= m x c² (E: Kinetik Enerji - m: bir cismin artan göreli kütlesi - c: ışık hızı) belki de dünyanın en ünlü fizik denklemidir. Bu denklem, kütlenin enerjiye ve enerjinin de kütleye dönüşümünü basit bir şekilde açıklar.

1700’lü yıllarda Emilie du Chatelet Newton’un Pricipia Mathematica isimli çalışması üzerine yaptığı bir yorumla enerjiye olan genel bakış açısını değiştirmiştir. Bu çeviri Newton’un çalışmalarının popülerlik kazanmasını sağlamış ve daha fazla kişiye ulaştırmıştır.

Newton, momentum korunumunun mekaniğin en önemli ilkesi olduğunu savunmuştur ve yaptığı bütün çalışmalarda da bunu kabul etmiştir. Enerji geçişlerinin ancak enerjinin korunmasıyla mümkün olduğunu belirten Newton, teorisini iyi bir şekilde formüle edemese de ortaya gerçek bir zeminde bir fikir atmıştır.

Newton’un Beşiği ise enerjinin korunumunu kanıtlamıştır. Beş tane topun yan yana dizildiği beşikte, toplay yatay çubuk üzerine çizgi halinde asılır. En baştaki top hareket ettirildiğinde diğer toplara çarparak enerjisini aktarır. Burada Newton enerjinin, sürtünmenin ve momentumun korunumunu göstermiştir.

du Chatelet ise Newton mekaniğinden yardım alarak enerji korunumu ilkesi türetmiştir: Momentum hızla orantılı olsa da kinetik enerji hızın karesiyle değişir.

Lagrange ve Hamilton tarafından daha sonra geliştirilen bu kavramlarda enerjiye odaklanılmıştır.

Bilim insanları arasında farklı enerji tanımları ortaya çıkmış olsa da 1807 yılında Thomas Young enerjiyi günümüzde kullanıldığı şekliyle tanımlayan ilk kişi olmuştur. Young’a göre kütle miktarının hızın karesiyle çarpımı enerji olarak nitelendirilir ve bu da kinetik enerjiyi belirtir.

Newton, ortaya attığı terimlerle dönme kinetik enerjisinin temelini oluşturmuştur. Dönme kinetik enerjisi, genel olarak bir cismin kütle merkezinin çevresinde dönerken sahip olduğu kinetik enerjidir. Newton torku bir kuvvetin nesneyi döndürme etkisi olarak özetlemiştir. Açısal hızı ise açısal ivme olarak nitelendirmiştir.

Kinetik Enerji Nasıl Hesaplanır? Kinetik Enerji Formülü

Kinetik enerjinin ne olduğunu daha iyi anlamak için ilk önce formülünü bilmeniz gerekir. Formülü ise şu şekildedir:

Kinetik Enerji = 1/2 x m x v 2

Bu formülde m kütleyi, v ise hızı belirtir. Bu formülden yola çıkarsak bir nesnenin kinetik enerji kazanması için hem kütleye hem de hıza sahip olması gerektiğini görebilirsiniz. Ayrıca kinetik enerji, hızın karesi ile bağlantılı bir şekilde arttığı için hız da oldukça önemlidir.

Kinetik enerjinin standart birimi ise Joule’dür. J ile kısaltılan Joule, genel olarak bütün enerjiler için standart bir birimdir. Kilogram metre kare bölü saniye kare de kinetik enerjiyi belirtmek için kullanılan birimler arasında bulunur. Kilogram kütlenin birimi ve metre kare bölü saniye kare ise hızın birimidir.

Kinetik enerjinin skaler bir büyüklük (uzunluk, kütle, zaman ya da sıcaklık gibi yöne bağlı olmayan, sadece bir büyüklük olarak nitelendirilen bir ölçü) olduğunu da bilmeniz gerekir. Yani herhangi bir yönü yoktur sadece boyuttan ibarettir. Bir cismin yukarı doğru hareket etmesiyle çapraz hareket etmesi arasında kinetik enerjinin büyüklüğü bakımından herhangi bir farklılık yoktur. Büyüklüğü kütlenin yerçekimiyle yaptığı dikey açı ve hız belirler.

Örneğin, bir cismin kütlesini iki katına çıkardığınızda kinetik enerjisi de doğru orantılı olarak iki katına ulaşır. Bununla beraber bir cismin hızını iki katına çıkarırsanız kinetik enerjisi dört katına çıkar. Formülde kinetik enerji hızın karesiyle orantılı olduğu için hız, kinetik enerji üzerinde daha fazla etkiye sahiptir.

Kinetik enerjinin tanımını anladıktan sonra herhangi bir problemi rahat bir şekilde çözebilirsiniz. Kütle ve hız hakkında bütün bilgilere sahipseniz her nesnenin kinetik enerjisini ölçebilir, pratik formülü gerçek hayata uygulayabilirsiniz.

Kinetik Enerji Çeşitleri

Kinetik enerji kendi içinde farklı türlere sahiptir. Kinetik enerji çeşitleri genel olarak aşağıdaki gibi özetlenebilir: Dönme, öteleme ve yüksek hızda.

Öteleme kinetik enerjisi, doğrusal bir yol üzerinde hareket eden cismin enerjisini belirtir. Örneğin, salıncakta sallanan bir çocuk öteleme kinetik enerjisi üretir. Benzer şekilde bir sarkaçta da öteleme kinetik enerjisi bulunur. Formülü ½ x m x V2’dir.

Dönme kinetik enerji ise isminden de anlaşılabileceği gibi bir nesnenin dönmesinden kaynaklanan enerjidir. Yani, bir cisim kendi etrafında belirli bir yarı çapında dönüyorsa o cismin dönme kinetik enerjisi vardır.

Dönme eksenine olan uzaklık da enerji miktarını etkileyen faktörler arasında bulunur. Dönme ekseninden daha uzak olan parçacıklar, daha fazla dönme kinetik enerjisine sahiptir. Dönme enerjisinin ise farklı bir şekilde formüle edilir:

I = m x r2

Burada I eylemsizlik momentini belirtirken m cismin kütlesini ve r cisminde dönme ekseninden uzaklığını gösterir. Dönme kinetik enerjisinin formülü ise şöyledir:

KE(Dönme)= ½ x (I x w2)

Burada w ise cismin radyan cinsinden sahip olduğu açısal hızı gösterir.

Yüksek hızda kinetik enerji ise ışık hızıyla alakalıdır. Bir cismin hızı, ışık hızına yaklaştığında kütlesinin de artacağını belirtir.

Öteleme kinetik enerjide kütle bulunurken dönme kinetik enerjisinde eylemsizlik momenti önem kazanır. Öteleme kinetik enerjideki doğrusal hız (V) ise dönme kinetik enerjisinde açısal hız olur.

Bununla beraber gerçek hayatta bir cisim hem dönüyor hem de hareket ediyor olabilir. Bu hareketin toplam enerjisini ölçmek için hem dönme hem de öteleme enerjilerinin toplanması gerekir.

En çok kullanılan elektrik terimleri ve anlamları incelendiğinde formülde geçen terimlerin ne anlama geldiği daha iyi bir şekilde anlaşılabilir. Basit formülleri kullanarak kinetik enerji çözümlerini kolaylıkla gerçekleştirebilir, kavramların gerçek hayattaki etkilerini de gözlemleyebilirsiniz.

Kinetik Enerji ve Potansiyel Enerji Arasındaki Farklar

Her ikisi de enerji türü olsa da potansiyel ve kinetik enerji arasında bazı farklılıklar bulunur. Enerjilerin farklılıklarını öğrendikten sonra daha kolay bir şekilde ayırt edebilirsiniz. Bu farklar şöyle sıralanabilir:

• Potansiyel enerji, konumu nedeniyle herhangi bir nesnede ya da sistem içerisinde depolanan enerjidir. Kinetik enerji ise bir sistemin hareket eden parçalarının enerjisini belirtir.
• Potansiyel enerji cisme göredir ve etraftaki herhangi bir nesneye aktarılamaz. Çünkü potansiyel enerji temelinde nesnenin bulunduğu yüksekliğe bağlıdır. Bununla beraber kinetik enerji titreşim ya da dönüşüm gibi çeşitli yollarla başka nesnelere aktarılabilir.
• Potansiyel ve kinetik enerji kavramları birbirinden farklı gibi gözükse de sistem içerisinde birbirlerine aktarılabilir bir yapıya sahiptir. Potansiyel enerji kinetiğe ya da benzer şekilde kinetik enerji potansiyele dönüşebilir. Sistemde bulunan enerjinin korunması gerektiği için konum ya da hareketten kaynaklı olarak bu iki enerji sürekli olarak birbirine dönüşür.
• Kinetik enerji söz konusu olduğunda en önemli faktör cismin hızıdır ve kütle de önem kazanır. Potansiyel enerjide ise belirleyici faktörler yükseklik ve kütledir.
• Masanın üzerinde duran bir kitap potansiyel enerjiye sahipken o kitabı yere düşürdüğünüzde kinetik enerji kazanmasını sağlarsınız.
• Bir yayı çektiğinizde yayı germek için kullanılan enerji potansiyeldir. Yayı serbest bıraktığınızda bu enerji kinetiğe dönüşür.
• İki temel enerji arasındaki farklılıkları öğrendikten sonra kinetik enerjinin ayrıntılarına daha rahat bir şekilde vakıf olabilirsiniz. Günlük hayatta yapılan çoğu işlemde kendine yer bulan kinetik enerjiyi günlük hayatınızın her alanında kullanabilirsiniz.

Kinetik Enerjiye Dair Örnekler 

Günlük hayatın hemen hemen her yerinde kinetik enerjiye rastlayabilirsiniz. Kinetik enerjiye dair ilginç bilgiler ve örnekler için bu detaylara göz atabilirsiniz:

• Havada seyir halinde olan bir uçakta çok yüksek miktarda kinetik enerji depolanır. Kinetik enerjinin formülünü hatırlarsanız hız ve kütleden oluştuğunu görebilirsiniz. Bir uçağın çok fazla kütlesi vardır ve bununla beraber hızı da oldukça yüksektir. Böylece uçakların kinetik enerjileri artar ve gökyüzünde uçmaları mümkün hale gelir.
• Bisiklet sürerken de kinetik enerji ürettiğinizi biliyor musunuz? Pedalı ilk çevirmeye başladığınızda başlangıçta potansiyel enerji üretirsiniz. Ardından potansiyel enerji kinetik enerjiye dönüşerek bisikletin hareket etmesini sağlar.
• İnsan vücudu yürürken ya da koşarken de kinetik enerji üretir. Vücudunuzdaki kimyasal enerji kinetik enerjiye dönüşerek terlemenize neden olur.
• Bir arabanın hareket etmesi de kinetik enerji üretir. Belirli bir ağırlığa sahip olan araba hızlandıkça kinetik enerjisi artar.
• Belirli bir hızda akan nehrin de kinetik enerjisi vardır çünkü suyun kütlesi belirli bir hızla bir araya gelir.
• Silahtan ateşlenen kurşunların da belirli bir kinetik enerjisi vardır. Mermi, silahtan çıktıktan sonra çok yüksek bir enerjiye sahip olduğu için herhangi bir nesneyi delebilir.
• Futbol sırasında topu kaleye gönderirken hem potansiyel hem de kinetik enerji üretmesini sağlarsınız. Eğer topu yukarıdan gönderiyorsanız bu iki enerji birlikte ortaya çıkar. Bununla beraber topu yerden kaleye gönderiyorsanız sadece kinetik enerji açığa çıkar.
• Yenilenebilir enerji kaynakları arasında bulunan rüzgar enerjisini üretmek için de kinetik enerjiden yararlanılır.

Çoğu hareketimizde yeri olan kinetik enerji, günlük hayatta her yerde karşınıza çıkabilir. Sizin de aklınıza gelen farklı örnekleri bizimle paylaşabilir, kinetik enerji konusunda ilginç bilgiler sunabilirsiniz.