Enerji, varlığını her yerde hissedebileceğimiz mükemmel bir güç ve başta potansiyel ve kinetik olmak olmak üzere birçok türü mevcut. Her ne kadar fiziksel dünyayla olan ilişkileri farklı olsa da, kinetik ve potansiyel enerji birbirini tamamlayıcı niteliktedir; ancak nasıl işlediklerini anlamak için ilk olarak bu iki enerji türünün ve daha genel olarak enerjinin ne olduğunu anlamamız gerekiyor.
Enerjinin ve enerjinin alt birimlerinden olan kinetik ve potansiyel enerjinin ne olduğuna gelin beraber bakalım.
Enerji nedir?
Kinetik ve potansiyel enerjinin ne olduğunu anlamamız için her şeyden önce enerji kavramına hakim olmalıyız. Peki, enerji nedir?
En basit şekliyle anlatmak gerekirse enerji; herhangi bir nesneye uygulandığı zaman o nesneyi harekete geçiren güce denir. Uygulandığı nesnenin kütlesi ile orantılı olduğu için fiziksek niceliklerden birisi olan enerjinin ne tür bir enerji olduğunu ise cismin yerçekimi gibi doğal kuvvetlere karşı itme ve çekme yapabilme yeteneği belirler. En yaygın olarak bilinen enerji türleri ise potansiyel ve kinetik enerjidir.
Enerjinin ne olduğundan kabaca bahsettiğimize göre şimdi asıl konumuza dönebiliriz.
Potansiyel enerji nedir?
Kinetik enerjinin ne olduğuna geçmeden önce, ikisi arasındaki farkları daha net bir şekilde anlamak adına önce potansiyel enerjinin ne olduğuna bir göz atmamız gerekir.
Sezgisel olarak kavraması biraz zor olan potansiyel enerji, evrende var olan iki ana enerji türünden birisidir. Potansiyel enerjiyi, iş yapma potansiyeline sahip olduğu halde aktif olarak iş yapmayan veya herhangi bir cisme herhangi bir kuvvet uygulamayan enerji şeklidir diye de tanımlayabiliriz. Bir cismin potansiyel enerjisi hareketinde değil de konumundadır; yani kısaca konumun enerjisidir.
Nesneler; geri tepme, yerçekimi veya kimyasal reaksiyonlar gibi kuvvetlerle denge pozisyonlarından çıkarılmadan önce enerji depolarlar. Buna, gerilmesi sonucu enerji depolayan bir ok yayı örnek verilebilir: Bu örnekte yayın gerilmesiyle depolanan potansiyel enerji, yayın serbest bırakılmasıyla oluşan, kinetik enerji olarak bilinen enerjinin ortaya çıkmasından sorumludur. Başka bir değiyşe potansiyel enerji için; kinetik enerji açığa çıkmadan önce depolanan, açığa çıktığında oluşacak olan kinetik enerjinin potansiyelidir de diyebiliriz.
Kinetik enerji nedir?
Kinetik enerji ise nesnelerin hareket etmesi için bir güce ihtiyaç olduğu bariz olduğundan, potansiyel enerjiye kıyasla kavraması daha kolay bir enerji türüdür.
Diğer katalizörlerin yanı sıra yerçekimi ve elastik güçler tarafından harekete geçirilen potansiyel enerjinin serbest bırakılmasıyla kinetik enerji ortaya çıkar; yani potansiyel enerji konumun enerjisiyken, kinetik enerji hareketin enerjisidir.
Bir nesneye herhangi bir güç uygulandığında bu, nesnenin kinetik enerjisinin artmasına neden olur. Kinetik enerjiyi belirleyen en önemli faktörlerse söz konusu nesnenin hız olarak ölçülen hareketi ve kütlesidir. Kütle evrensel bir ölçü olsa da; bir nesnenin hareketi bir eksen etrafında dönmesi, titremesi, ötelemesi veya bunların ve diğer hareketlerin kombinasyonuyla olmak üzere farklı şekillerde meydana gelebilir.
Kinetik enerjinin titreşimsel, rotasyonel ve öteleme olmak üzere 3 adet alt dalı vardır. Adından da anlaşılabileceği üzere, titreşim enerjisi nesnelerin titremesiyle ortaya çıkarken; dönme enerjisi bir nesnenin dönmesi sonucu, öteleme enerjisi ise nesnelerin birbirleriyle çarpışması sonucu ortaya çıkar. Kinetik enerjinin bu üç alt dalı, bilinen evren boyunca hareket halindeki enerjinin neredeyse tamamını oluşturur.
Kinetik ve potansiyel enerji arasındaki farklar nelerdir?
Bu iki enerji türü arasında birçok fark olmasıyla birlikte, en belirgin diyebileceğimiz iki fark vardır:
- Nesnenin durumu
- Hız
Nesnenin durumu
Bu bahsettiğimiz iki enerji türü arasındaki en temel fark; potansiyel enerjinin olabilecek olanı, kinetik enerjnin ise olanı temsil etmesidir. Yani, potansiyel enerji için açığa çıkmayı bekleyen depolanmış, durağan enerji; kinetik enerji içinse hareket etmek için enerjiyi aktif bir şekilde kullanan, hareket halindeki enerji diyebiliriz. Örneğin; durağan haldeki bir salıncağın geriye doğru çekilmesiyle potansiyel, sallanmaya başlamasıyla da kinetik enerji ortaya çıkmış olur.
Hız
Bir diğer önemli fark ise ‘hız’dır. Kinetik enerjinin temeli olan bu ölçünün potansiyel enerji ile hiçbir alakası yoktur. Aslında bakacak olursanız hız, herhangi bir nesnenin kinetik enerji miktarını belirleyen denklemin en hayati unsuruyken; potansiyel enerji denkleminde bir yeri yoktur.
Potansiyel ve kinetik enerji örnekleri
Potansiyel ve kinetik enerjinin tanımları ve farkları gayet açık ve net olsa da, bazen bu ayrımı yapmak zor olabiliyor. Hadi bu örneklerden bazılarını birlikte inceleyelim.
Gezegenler:
Gezegenlerin Güneş, diğer yıldızlar ve kendi etraflarında yaptıkları hareketleri kinetik enerji olarak sınıflandırılır. Kendi yörüngelerindeki büyük cisimlere doğru çekilen gezegenler, yerçekimi kuvveti sebebiyle kütle merkezine doğru düşerler. Bu yörüngesel bir hareketle sonuçlanır- ve her hareket bir kinetik enerji biçimidir.
Lastik:
Lastikler, bulundukları duruma göre hem potansiyel hem de kinetik enerji olarak sınıflandırılabilirler. Gerilen bir lastik potansiyel enerji depolarken, aynı gerilen lastik salındığında bu enerji kinetik enerjiye evrilir. Bu, özellikle de lastiğin enerjisi başka bir nesneye aktarılıyorsa doğrudur ve bir sapan aracılığıyla fırlatılan bir taş bu duruma bir örnektir.
Nehirler:
Nehirler, işlemekte olan bir kinetik enerji örneğidir. Nehirlerde akan su sürekli hareket halindedir ve bu sürekli hareket de kinetik enerjiyi oluşturur. Bir nehrin potansiyel enerji olmasının tek yolu, nehre bir baraj yapılmasıdır.
Bazı örneklerle birlikte kinetik ve potansiyel enerji hakkında kabaca bilgi verdiğimiz yazımız bu şekildeydi: ancak enerji kavramını tam olarak anlamak için bu bilgiler tabii ki de yeterli değil. Bununla birlikte, yalnızca günlü yaşama değil; genel olarak tüm evrendeki fiziğin özüne nüfuz eden iki ana enerji biçiminin ne olduğunu anlamak, enerjinin doğasında çıkılacak derin yolculuklara temel hazırlayan iyi bir başlangıç noktasıdır.