İş, Güç ve Enerji

Ağır bir çantayı hareketsiz tutmak yorucudur; fakat çanta yer değiştirmediği için uyguladığın kuvvet çanta üzerinde mekanik iş yapmaz. Çantayı yerden masaya kaldırdığında ise hem kuvvet hem onun doğrultusunda yer değiştirme vardır. Günlük dildeki emek ve yorgunluk, fizikteki iş tanımıyla aynı değildir.

Kuvvet hareketle aynı doğrultudaysa işin büyüklüğü $\displaystyle W=F\Delta x$ olur. Aynı yönde kuvvet pozitif, zıt yönde kuvvet negatif iş yapar. Birimi joule’dür: $\displaystyle 1\,\mathrm J=1\,\mathrm{N\,m}$. İş, kuvvet yoluyla enerji aktarımını anlatır.

Bir kutu sağa 3 m ilerlerken sağa 10 N sabit kuvvet uygulanıyorsa bu kuvvetin işi 30 J’dür. Aynı sırada sola 2 N sürtünme varsa sürtünmenin işi −6 J olur. Kuvvetlerin yaptığı işleri topladığımızda net iş 24 J çıkar; uygulanan kuvvetin işi ile net iş farklıdır.

Yatay yer değiştirmede ağırlık ve normal kuvvet düşey olduğu için iş yapmaz. Kuvvetin bulunması tek başına yeterli değildir; onun doğrultusunda yer değiştirme de gerekir. Kapalı bir yol sonunda yer değiştirme sıfır olsa bile, yol boyunca sürtünmenin toplam işi sıfır olmak zorunda değildir.

Güç, birim zamanda yapılan iş veya aktarılan enerjidir: $\displaystyle P=W/t$. Birimi watt’tır; 1 W, saniyede 1 J enerji aktarımı demektir. 600 J işi 3 s’de yapan düzenek 200 W, 6 s’de yapan 100 W ortalama güçle çalışır.

Gücü büyük olanın her durumda daha çok toplam iş yaptığını söyleyemeyiz; çalışma süresini de bilmeliyiz. Aynı yükü aynı yüksekliğe çıkaran iki kişi aynı mekanik işi farklı sürelerde yapabilir. Watt bir enerji birimi değildir; joule ile arasındaki fark zaman etkenidir.