Fizikte kuvvet nedir, güç nedir? Fizikte kuvvet ve güç arasındaki farklar ve ilişki nedir? Nasıl hesaplanırlar, formülleri ve örnekler.
KUVVET VE GÜÇ
Kuvvet ve güç kavramları benzer anlamlar taşıyor gibi görünüyor ve çoğu zaman birbirleriyle karıştırılıyor. Ancak fizikte birbirlerinin yerine geçemezler. Kuvvet, iki nesne arasındaki etkileşimin temel sonucudur, güç ise zaman içinde tüketilen enerjinin (iş) bir ifadesidir. Kuvvet ve güç hem tanımlanabilir hem de ölçülebilir, ancak bir kuvvet gerçek bir fiziksel fenomendir ancak güç değildir.
Kıyaslama
Tanım
- Kuvvet: Nesneler arasındaki etkileşimden kaynaklanan bir itme veya çekmedir.
- Güç: Güç, işin yapıldığı veya enerjinin iletildiği hızdır.
Birim
- Kuvvet: newton (Isaac Newton’ın adını almıştır)
- Güç: watt = joule / saniye (James Watt’ın adını almıştır)
Sembol
- Kuvvet: F
- Güç: P
Diğer büyüklüklerden türetmeler
- Kuvvet: F = m a (kuvvet = kütle çarpılarak ivme)
- Güç: P = w / t (güç = işin zamana bölümü)
“İş” ile İlişkisi
- Kuvvet: Bir mesafeye uygulanan kuvvet iş yaratır.
- Güç: İşin yapıldığı orandır.
Günlük Hayattan Örnek
- Kuvvet: Yerçekimi, sürtünme, manyetizma.
- Güç: Beygir gücü (1 beygir gücü = 750 Watt).
Temel Konsept
Bir kuvvet, yalnızca nesneler etkileşim halindeyken ortaya çıkabilir. Nesneler etkileşime girdiğinde, doğrudan temas yoluyla veya uzaktan temas yoluyla birbirlerini iter veya çekerler. Doğrudan temas kuvvetlerinin örnekleri, bir yoldaki araba lastiklerinin sürtünmesini veya hareket eden bir arabadaki hava direncini içerir. Uzaktan etkileşim, yerçekimi ve manyetizma gibi kuvvetler aracılığıyla gerçekleşir. Güç, zaman ve mesafe gibi fiziksel oluşumların da temel bir ifadesidir.
Güç, birim zaman başına tüketilen enerji miktarı olarak tanımlanır. Bunu ifade etmenin başka bir yolu da “iş” in yapıldığı hızdır. İş, bir nesnenin hareketine neden olan kuvvet olduğunda gerçekleşir. Örneğin bir tuğla duvara baskı yapan kişi enerji tüketiyor ancak duvar hareket etmediği için iş yapılmıyor ve güç üretilmiyor. Ancak bir kişi bir masayı iter ve onu hareket ettirirse iş vardır. Güç, bu işin ne kadar hızlı yapıldığını ifade eder. Öyleyse kuvvet, güç denkleminin mesafe ve zaman gibi diğer temel unsurlarla birlikte bir unsurudur.
Formüller
Kuvvet, kütle ve yerçekimi ivmesinin bir ürünü olarak hesaplanır ve genellikle şu şekilde gösterilir:
F kuvvet, m kütle ve a yerçekimi ivmesidir.
Yapılan işin veya bir alt sistemin enerjisinin bir değişim oranı olarak, güç şu şekilde hesaplanır:
burada P güç, W iş ve t zamandır.
Örnekler:
Kuvvet, tüm nesnelerin etkileşiminde içseldir. Bir beyzbol oyuncusu bir topa çarptığında, topa kuvvet uygular (ve bunun tersi de geçerlidir). Gezegenler kuvvet nedeniyle güneşin etrafında dönerler. 146 g ağırlığındaki bir beyzbol topunun Newton cinsinden kuvveti hesaplamak için, kütleyi (kilogram cinsinden, yani 146) ivmeyle (Dünya’nın yerçekimi saniyede 9,8 metredir) çarpmanız yeterlidir, bu 1,43 Newton’a eşittir.
Bir kişi aynı miktardaki merdiveni koşarak yada yürüyerek çıkarsa, her iki seferde de aynı miktarda iş yapılır, ancak koşarken daha fazla güç üretilir, çünkü aynı miktarda çalışma daha az zamanda yapılır.
Ölçü birimleri
Bilimsel uygulamalarda kuvvet newton cinsinden ölçülür ve İngiliz sisteminde pound olarak ifade edilir. SI kuvvet birimi newton’dur (N).
SI güç birimi watt’tır (W). Bir watt, saniyede bir joule’e eşittir, burada joule, enerji birimidir. Bu standart ölçü birimidir, ancak güç zaman içinde herhangi bir enerji aracıyla ifade edilebilir. Bir başka yaygın güç ifadesi, 1 beygir gücünün 746 watt’a eşit olduğu beygir gücüdür.
İsimlerini Veren Bilim Adamları
Kuvvetler hızlanmaya neden olur (hızda bir değişiklik). Standart kuvvet birimi, “bir nesnenin ivmesi uygulanan kuvvetle doğru orantılıdır …” ifadesini içeren 2. yasasını kutlamak için Isaac Newton’un adını almıştır. 1 newton, 1 kilogramlık bir kütleyi saniyede 1 metre hızla hızlandırmak için gereken zorlama miktarıdır.
James Watt, İskoç bir mucit ve mühendisti. Watt, buhar motorunun güç iyileştirmelerini açıklamaya yardımcı olması için beygir gücü ölçümünü yarattı. Bilim camiası, buhar makinelerinin verimliliğine yaptığı büyük katkı nedeniyle, güç birimine onun adını vererek onu onurlandırmaya karar verdi. Watt, 1960 yılında güç birimi olarak SI’ya eklendi.