Fizikte, iş ve güç kavramları evrenimizdeki birçok şeyi anlamamıza
ve açıklamamıza yardımcı olur.
İşle başlayalım.
Pozitif iş, bir sisteme koyduğumuz enerji
ve negatif iş, dışarı aktarılan enerji.
Pozitif işi banka hesabınıza eklenen para,
negatif işi ise alınan para olarak düşünün.
Metrik sistemde
iş ve enerji Jul cinsinden ölçülür.
Örnek olarak güzel, eski, mekanik bir büyükbaba saatini ele alalım.
Saatin içindeki ağır metal silindirleri kaldırmak için
krankı çevirdiğimizde enerjiyi saate aktarıyoruz.
Bunu yaptığımızda pozitif iş yapıyor,
saate enerji ekliyoruz
ve bu enerji yerçekimsel potansiyel enerji olarak depolanıyor.
Uyguladığımız kuvvet ile kuvveti uyguladığımız mesafeyi çarparak
yapılan iş miktarını hesaplayabiliriz.
Metal silindirleri kaldırmak için
ağırlıklarına eşit bir kuvvet uygulamamız gerekir.
Yani silindirleri aşağı doğru çeken
yer çekimi kuvvetine eşit.
Bu silindirler 300 Newton ağırlığında
ki bu da küçük bir çocuk kadar ağırdır
ve eğer onları 1/2 metre kaldırırsak
300 Newton çarpı 1/2 metre
veya 150 Jul iş yaparız.
Güç, transfer edilen enerjinin oranı.
Oran dediğimizde,
birim zamanda aktarılan
enerji miktarını kastediyoruz.
Metrik sistemde,
güç saniyede Jul
veya vat cinsinden ölçülür.
Vat terimi, tipik bir çalışma atının ürettiği
güç miktarını ölçmek için
beygir gücü kavramını ortaya atan
James Watt'a dayanır.
James Watt bir endüstriyel buhar motorları üreticisiydi
ve potansiyel müşterilerinin
buharlı motorlarını bilinen bir miktarla,
çalışan bir attan alabilecekleri güç arasında
karşılaştırma yapabilmelerini istiyordu.
Güç için metrik sistem birimi vatın
James Watt'tan alınması
çok faydalı bir fikirdi.
James Watt'ın ayak izlerini takip ederek,
bu büyükbaba saatini çalıştırmak için
gereken güç miktarını parlak,
100 vat'lık bir ampulü çalıştırmamız için
gereken güçle karşılaştıralım.
Bir kişinin saati kurmak için kullandığı gücü,
yaptığı işin miktarını,
onu yapmak için
geçen süreye bölerek ölçebiliriz.
Ağırlıkları kaldırmak 1 dakika veya 60 saniye sürerse,
150 Jul bölü 60 saniyeye
veya saniyede 2,5 Joule yapıyor demek.
2,5 vat oranında
saate enerji katıyorlar.
100 vat'lık parlak bir ampulü çalıştırmak için
40 kat daha fazlasına ihtiyacınız olacak.
Saat çalışmadan önce,
enerji silindirlerin
yerçekimi potansiyel enerjisi olarak depolanır.
Tıpkı yeni para yatırdığınız
banka hesabınız gibi.
Ancak saatin çalışmasına izin verirsek,
silindirler yavaşça aşağı doğru hareket eder.
Enerji saati terk eder.
Aslında, silindirler dibe indiğinde,
koyduğumuz tüm enerji kalmış olacak.
Peki saat ne kadar güç kullanıyor?
Silindirlerin orijinal konumlarına dönmesi 5 gün sürerse,
saniyede kaç Jul enerji saati terk eder?
Bunu çözebiliriz,
çünkü silindirleri kaldırdığımızda
ne kadar iş yaptığımızı zaten biliyoruz:
150 Jul.
Fakat bu sefer bir dakika yerine 5 gün sürdü.
Beş gün, 5 çarpı 24
çarpı 60
çarpı yeniden 60
ya da 432.000 saniye.
Böylece yapılan işi zamana bölerek
saniyede yaklaşık 0,00035 Jul
veya yaklaşık 0,35 milivat cevabını buluruz.
Bu küçük bir güç miktarı.
Bu saat o kadar az güç kullanır ki,
100 vat'lık bir ampulü çalıştırmak için
gereken gücü kullanarak neredeyse 300.000 saat çalıştırabilirsiniz.
Doğru, orta büyüklükteki bir şehirdeki her evde
bu kadar güçle bir saat çalıştırabilirsiniz.
Bu oldukça şaşırtıcı bir sonuç
ve bunu anlamak için
iş bilgisi ve güç gerekiyor.