Verim

1. Bir makinenin veriminin nasıl hesaplandığı sorulmaktadır. Doğru tanım hangisidir?

\eta = \frac{W_{yararl\imath}}{E_{verilen}} \cdot 100

• A) Yararlı işin verilen enerjiye oranı
• B) Verilen enerjinin yararlı işe oranı
• C) Kayıp enerjinin yararlı işe oranı
• D) Yararlı işin kayıp enerjiye oranı
• E) Verilen enerji ile yararlı işin çarpımı

Doğru cevap: A — Verim, yararlı işin makineye verilen enerjiye oranıdır: $\eta = (W_{yararlı}/E_{verilen}) \cdot 100$.

1. Soru, verim oranında payda ve paydada hangi büyüklüğün durduğunu soruyor.
2. Makineye bir enerji verilir; bunun bir kısmı istenen işe, kalanı ısı ve sese dönüşür. Verim, verilenin ne kadarının işe yaradığını ölçer.
3. Öyleyse payda yararlı iş, paydada verilen enerji bulunur; oran 100 ile çarpılıp yüzde olarak yazılır.
4. Denetleyelim: yararlı iş hiçbir zaman verilen enerjiyi aşamaz, bu yüzden oran 1’den küçük, verim %100’ün altında çıkar ✓.

2. Bir makineye 800 J enerji verildiğinde 600 J’lük yararlı iş elde edilmektedir. Bu makinenin verimi yüzde kaçtır?

\eta = (W / E) \cdot 100

• A) 60
• B) 80
• C) 75
• D) 25
• E) 133

Doğru cevap: C — Verim $(600/800) \cdot 100 = \%75$ olur; yararlı iş verilen enerjiye bölünür.

1. Verilenler: verilen enerji $E = 800$ J, yararlı iş $W = 600$ J.
2. Oranı kuralım: $W/E = 600/800 = 0{,}75$.
3. Yüzdeye çevirelim: $0{,}75 \cdot 100 = 75$, verim %75.
4. Denetleyelim: 800 J’ün %75’i $800 \cdot 0{,}75 = 600$ J eder, soruda verilen yararlı işle aynı ✓.

3. Verimi %75 olan bir makineye 800 J enerji verilmektedir. Kayba giden enerji kaç J’dür?

E_{kayip} = E - W

• A) 600
• B) 75
• C) 400
• D) 200
• E) 100

Doğru cevap: D — Kayıp enerji $800 - 600 = 200$ J’dür; verilen enerjinin %25’i kayba gider.

1. Önce yararlı işi bulalım: verim %75 olduğuna göre $W = 800 \cdot 0{,}75 = 600$ J.
2. Enerji korunur; verilen enerji yararlı iş ile kaybın toplamıdır: $E = W + E_{kayıp}$.
3. Kayıp: $E_{kayıp} = 800 - 600 = 200$ J. Bu, verilen enerjinin %25’idir.
4. Denetleyelim: $600 + 200 = 800$ J, verilen enerjinin tamamı hesaba katıldı ✓.

4. Hiçbir gerçek makinenin veriminin %100 olamayacağı belirtilmektedir. Bu sınırın nedeni nedir?

• A) Enerjinin yok olması
• B) Makinelerin küçük olması
• C) Enerjinin korunmaması
• D) Verilen enerjinin bir bölümünün sürtünme ve hava direnci gibi etkilerle ısıya dönüşmesi
• E) Ölçümlerin hatalı olması

Doğru cevap: D — Verim %100 olamaz; çünkü verilen enerjinin bir bölümü sürtünme ve hava direnci gibi etkilerle ısıya dönüşür.

1. Soru, gerçek makinelerde yararlı işin neden verilen enerjiye hiç eşit olamadığını soruyor.
2. Hareket eden her parçada sürtünme vardır; sürtünme mekanik enerjinin bir kısmını ısıya, bir kısmını sese çevirir.
3. Bu enerji yok olmaz ama istenen işe de katılmaz. Yararlı iş, verilenden hep küçük kalır ve verim %100’ün altında olur.
4. Denetleyelim: sürtünme sıfır olsaydı kayıp da sıfır olurdu; gerçekte sürtünme hiç sıfırlanamadığı için sınır hep geçerlidir ✓.

5. Enerjinin korunumu ile verim kavramlarının karıştırılmaması gerektiği belirtilmektedir. İkisi arasındaki temel fark nedir?

• A) Verim enerjinin korunmadığını gösterir
• B) Enerji her zaman korunur; verim ise korunan enerjinin ne kadarının işe yaradığını söyler
• C) İkisi aynı şeydir
• D) Korunum yalnız verimli makinelerde geçerlidir
• E) Verim enerji üretimini ölçer

Doğru cevap: B — Enerji her zaman korunur; verim ise korunan bu enerjinin ne kadarının istenen işe dönüştüğünü söyler.

1. İki kavramın her birinin neyi ölçtüğünü ayıralım.
2. Enerjinin korunumu: makineye giren toplam enerji, çıkan yararlı iş ile ısı, ses gibi kayıpların toplamına her zaman eşittir.
3. Verim: bu toplamın içinde yararlı işin payıdır. Verimi düşük bir makinede enerji yine tamamen korunur, yalnız büyük kısmı işe yaramayan türe geçmiştir.
4. Denetleyelim: verimi %40 olan makineye 100 J verilirse 40 J iş, 60 J kayıp çıkar; $40 + 60 = 100$ J, korunum bozulmadı ✓.

6. Bir yükü 2 m yüksekliğe çıkarmak için eğik düzlem kullanan işçi 500 J iş yapmaktadır. Yükün ağırlığı 200 N olduğuna göre düzeneğin verimi yüzde kaçtır?

W_{yararli} = G \cdot h

• A) 50
• B) 60
• C) 90
• D) 75
• E) 80

Doğru cevap: E — Yararlı iş $G \cdot h = 400$ J, harcanan iş 500 J olduğundan verim %80’dir.

1. Yararlı iş, yükü o yüksekliğe çıkarmak için gereken en az iştir: $W_{yararlı} = G \cdot h = 200 \cdot 2 = 400$ J.
2. İşçinin harcadığı iş verilmiş: $W_{harcanan} = 500$ J. Aradaki $500 - 400 = 100$ J sürtünmeye gitmiştir.
3. Verim: $\eta = (400/500) \cdot 100 = \%80$.
4. Denetleyelim: 500 J’ün %80’i $500 \cdot 0{,}8 = 400$ J eder, bu da $200 \cdot 2$ ile bulunan yararlı işin aynısıdır ✓.

7. Basit makinelerin işten kazandırmadığı, yalnız kuvvetten kazandırdığı belirtilmektedir. Bu ifadenin anlamı nedir?

• A) Basit makinelerin işe yaramadığı
• B) Kuvvet küçülürken yolun uzaması ve toplam işin azalmaması
• C) İşin sıfır olması
• D) Kuvvetin de yolun da küçülmesi
• E) Verimin %100 olması

Doğru cevap: B — Basit makine kuvveti küçültürken yolu uzatır; $W = F \cdot d$ çarpımı azalmadığı için işten kazanç olmaz.

1. İş, kuvvet ile kuvvet doğrultusunda alınan yolun çarpımıdır: $W = F \cdot d$.
2. Örneğin bir düzenek kuvveti yarıya indiriyorsa, yükü aynı yüksekliğe çıkarmak için ipi iki kat uzun çekmek gerekir.
3. Böylece $F$ küçülürken $d$ aynı oranda büyür; sürtünme yoksa iş değişmez, sürtünme varsa harcanan iş daha da artar.
4. Denetleyelim: $F/2 \cdot 2d = F \cdot d$, yapılan iş aynı kaldı ✓ — kazanç yalnız kuvvettedir.

8. Tabloda iki makinenin verileri sunulmuştur. Verimleri karşılaştırıldığında ne söylenir?

• A) L daha verimlidir
• B) İkisi eşittir
• C) K daha verimlidir; %80’e karşı %70
• D) Belirlenemez
• E) İkisinin de verimi %100’dür

Doğru cevap: C — K’nin verimi %80, L’ninki %70’tir; K daha verimlidir.

1. Verim yararlı işin kendisi değil, verilen enerjiye oranıdır; iki makine bu oranla karşılaştırılır.
2. K: $(400/500) \cdot 100 = \%80$.
3. L: $(700/1000) \cdot 100 = \%70$. L daha çok iş üretiyor ama daha çok da enerji harcıyor.
4. Denetleyelim: 100 J başına K 80 J, L 70 J yararlı iş çıkarır; aynı enerjiden daha çok iş alan K’dir ✓.

9. Bir makinenin hareketli parçalarının yağlanmasının verimi artırdığı bilinmektedir. Bu artışın açıklaması nedir?

• A) Makinenin hafiflemesi
• B) Sürtünmenin azalması ve ısıya giden enerji payının küçülmesi
• C) Yağın enerji üretmesi
• D) Verilen enerjinin artması
• E) Makinenin hızlanması

Doğru cevap: B — Yağlama sürtünmeyi azaltır; ısıya giden pay küçülür ve aynı enerjiden daha çok yararlı iş elde edilir.

1. Soru, verilen enerji değişmediği hâlde verimin neden arttığını soruyor.
2. Makinedeki kayıpların başlıca kaynağı hareketli parçalar arasındaki sürtünmedir; sürtünme işi ısıya dönüşür.
3. Yağ tabakası yüzeylerin birbirine sürtünmesini azaltır. Isıya giden enerji küçülür, yararlı işin payı büyür ve verim yükselir.
4. Denetleyelim: verilen enerji aynı, kayıp azaldı; $W/E$ oranında pay büyüdüğü için verim arttı ✓.

10. Kendi kendine sonsuza kadar çalışacağı öne sürülen makinelerin hiçbirinin çalışmadığı bilinmektedir. Bu başarısızlığın nedeni nedir?

• A) Sürtünme ve direnç kayıplarının sistemin enerjisini kaçınılmaz olarak tüketmesi
• B) Malzemelerin yetersizliği
• C) Makinelerin küçük olması
• D) Yer çekiminin engellemesi
• E) Ölçüm hatası

Doğru cevap: A — Sürtünme ve direnç kayıpları sistemin enerjisini sürekli tüketir; dışarıdan enerji verilmezse hareket er geç durur.

1. Sonsuza kadar kendi kendine çalışan bir makine, kayıpsız, yani %100 verimli olmak zorundadır.
2. Oysa her çevrimde sürtünme ve hava direnci mekanik enerjinin bir kısmını ısıya çevirir; bu ısı çevreye dağılır ve makineye geri dönmez.
3. Dışarıdan enerji verilmediği için sistemin mekanik enerjisi her çevrimde azalır ve hareket sönümlenir.
4. Denetleyelim: verim %100’ün altında olduğu sürece her çevrimde bir miktar enerji eksilir; bu yüzden hiçbir örnek çalışmamıştır ✓.

11. Grafikte bir makinenin ürettiği yararlı işin verilen enerjiye göre değişimi verilmiştir. Grafiğin eğiminden okunan büyüklük nedir?

• A) Kayıp enerji
• B) Makinenin gücü
• C) Makinenin kütlesi
• D) Makinenin verimi
• E) Çalışma süresi

Doğru cevap: D — Eğim yararlı işin verilen enerjiye oranıdır; bu oran verimin tanımıdır, burada 0,3 yani %30.

1. Grafikten bir nokta okuyalım: yatay eksende 1 birim = 100 J verilen enerjiye karşılık düşey eksende 30 J yararlı iş var.
2. Eğim = düşey değişim / yatay değişim = $30 / 100 = 0{,}3$.
3. Verim tanımı: yararlı iş / verilen enerji. Eğimin hesabı bu oranın kendisidir, yani eğim doğrudan verimi verir.
4. Yüzde olarak: $0{,}3 \times 100 = \%30$.
5. Denetleyelim: 3 birimde (300 J) yararlı iş 90 J; $90 / 300 = 0{,}3$ ✓ oran her noktada aynı, doğru sabit eğimli.

12. Hareketli makara sisteminde kuvvetten kazanç sağlanırken verimin %100’ün altında kaldığı ölçülmektedir. Bu kaybın kaynağı nedir?

• A) Kuvvetin küçülmesi
• B) Yolun uzaması
• C) Makara ekseninin sürtünmesi ve makaranın kendi ağırlığının da kaldırılması
• D) Yükün ağırlaşması
• E) İpin uzaması

Doğru cevap: C — Kayıp, makara ekseninin sürtünmesinden ve hareketli makaranın kendi ağırlığının da yükle birlikte kaldırılmasından gelir.

1. İdeal hesapta hareketli makara ağırlıksız ve sürtünmesiz sayılır; o durumda verim %100 çıkar.
2. Gerçekte hareketli makara yükle birlikte yükselir; onu kaldırmak için yapılan iş yararlı işe katılmaz.
3. Ayrıca makara ekseni dönerken sürtünür ve bu da enerjinin bir kısmını ısıya çevirir. İki etki birlikte verimi %100’ün altına indirir.
4. Denetleyelim: makara ağırlıksız ve eksen sürtünmesiz olsaydı kayıp kalmazdı; gerçek makarada ikisi de var, verim düşer ✓.

13. Çalışan bir elektrik motorunun ısındığı ve hafif bir uğultu çıkardığı gözlenmektedir. Bu gözlemin verimle ilişkisi nedir?

• A) Motorun bozulduğunu gösterir
• B) Verilen elektrik enerjisinin bir bölümünün mekanik iş yerine ısı ve sese dönüştüğünü, yani verimin %100 olmadığını gösterir
• C) Verimin arttığını gösterir
• D) Enerjinin yok olduğunu gösterir
• E) Motorun kütlesinin arttığını gösterir

Doğru cevap: B — Isınma ve uğultu, elektrik enerjisinin bir bölümünün mekanik iş yerine ısı ve sese dönüştüğünü, yani verimin %100 olmadığını gösterir.

1. Motora elektrik enerjisi verilir; amaç bu enerjiyi mekanik işe, yani dönme hareketine çevirmektir.
2. Motorun ısınması, enerjinin bir kısmının sargılarda ve yataklarda ısıya geçtiğini; uğultu ise bir kısmının sese dönüştüğünü gösterir.
3. Isı ve ses istenen çıktı olmadığı için kayıptır; yararlı iş verilen enerjiden küçük kalır ve verim %100’ün altındadır.
4. Denetleyelim: verilen enerji = mekanik iş + ısı + ses; son iki terim sıfır olmadığına göre verim %100 olamaz ✓.

14. Verimi %40 olan bir düzenekten 240 J yararlı iş elde edilmek istenmektedir. Sisteme verilmesi gereken enerji kaç J’dür?

E = W / \eta

• A) 96
• B) 280
• C) 400
• D) 600
• E) 960

Doğru cevap: D — Verilmesi gereken enerji $E = W/\eta = 240/0{,}40 = 600$ J’dür.

1. Verim tanımından başlayalım: $\eta = W/E$, burada $\eta = 0{,}40$ ve $W = 240$ J.
2. Verilen enerjiyi yalnız bırakalım: $E = W/\eta$.
3. Yerine koyalım: $E = 240/0{,}40 = 600$ J.
4. Denetleyelim: 600 J’ün %40’ı $600 \cdot 0{,}4 = 240$ J eder, istenen yararlı iş ✓.

15. Bir enerji zincirinde verimleri %50 ve %60 olan iki düzenek art arda bağlanmaktadır. Sistemin toplam verimi yüzde kaçtır?

\eta_{top} = \eta_1 \cdot \eta_2

• A) 110
• B) 55
• C) 10
• D) 50
• E) 30

Doğru cevap: E — Art arda bağlı düzeneklerin verimleri çarpılır: $0{,}5 \cdot 0{,}6 = 0{,}30$, toplam verim %30.

1. İlk düzeneğin çıkışı ikinci düzeneğin girişidir; her aşama kendi kaybını ekler.
2. Girişe 100 J verelim: birinci düzenek bunun %50’sini, yani 50 J’ü çıkarır.
3. İkinci düzenek bu 50 J’ün %60’ını çıkarır: $50 \cdot 0{,}6 = 30$ J. Toplam verim $30/100 = \%30$.
4. Denetleyelim: $\eta_{top} = \eta_1 \cdot \eta_2 = 0{,}5 \cdot 0{,}6 = 0{,}3$, 100 J örneğiyle aynı sonuç ✓.

16. LED ampullerin akkor ampullere göre çok daha verimli olduğu bilinmektedir. Bu üstünlüğün açıklaması nedir?

• A) Akkor ampulde enerjinin çok büyük bölümünün ışık yerine ısıya dönüşmesi
• B) LED’in daha küçük olması
• C) LED’in daha ucuz olması
• D) LED’in daha uzun ömürlü olması
• E) Akkor ampulün daha parlak olması

Doğru cevap: A — Verimde ölçüt "hangi dönüşümü istiyoruz" sorusudur. Aydınlatmada yararlı çıktı ışıktır; akkor ampulde enerjinin büyük bölümü ısıya gittiği için verim çok düşüktür.

1. Aydınlatmada yararlı çıktı ışıktır.
2. Akkor ampul çoğunlukla ısıtır.
3. Işığa giden pay küçük olduğu için verim düşüktür.

17. Bir elektrikli ısıtıcının veriminin %100’e çok yakın sayılabildiği belirtilmektedir. Bu durumun açıklaması nedir?

• A) Isıtıcının enerji üretmesi
• B) Isıtıcının kayıpsız çalışması
• C) Isıtıcının küçük olması
• D) Isıtıcının verim tanımına girmemesi
• E) Isıtıcıda yararlı çıktının zaten ısı olması ve "kayıp" sayılan dönüşümün burada amacın kendisi olması

Doğru cevap: E — Isıtıcıda istenen çıktı zaten ısıdır; başka makinelerde kayıp sayılan dönüşüm burada amacın kendisi olduğu için verim %100’e yakındır.

1. Verim, yararlı çıktının ne olduğuna göre tanımlanır.
2. Bir motorda amaç mekanik iştir; ısıya giden enerji kayıptır. Isıtıcıda ise amaç ısı üretmektir.
3. Elektrik enerjisi dirençte neredeyse tamamen ısıya dönüşür; yani yararlı çıktı ile verilen enerji hemen hemen eşittir.
4. Denetleyelim: 1000 J elektrik enerjisinin yaklaşık 1000 J’ü ısıya dönüşür; oran 1’e, verim %100’e çok yakın çıkar ✓.

18. Asansörlerin karşı ağırlıkla dengelenmesinin enerji tüketimini azalttığı bilinmektedir. Bu tasarımın verimle ilişkisi nedir?

• A) Motorun yalnız ağırlık farkını kaldırması ve harcanan enerjinin büyük bölümünün yararlı işe gitmesi
• B) Asansörün hafiflemesi
• C) Sürtünmenin yok olması
• D) Kabinin küçülmesi
• E) Yer çekiminin azalması

Doğru cevap: A — Karşı ağırlık kabini dengelediği için motor yalnız ağırlık farkını kaldırır; harcanan enerjinin büyük bölümü yararlı işe gider.

1. Karşı ağırlık, kabinin öbür ucuna asılır ve kabin ağırlığının büyük kısmını dengeler.
2. Kabin yükselirken karşı ağırlık alçalır; alçalan tarafın kaybettiği potansiyel enerji yükselen tarafa aktarılır.
3. Motorun sağlaması gereken enerji yalnız iki taraf arasındaki ağırlık farkı kadardır; boşa kaldırılan kütle azaldığı için enerji tüketimi düşer ve verim yükselir.
4. Denetleyelim: karşı ağırlık olmasaydı motor kabinin tamamını kaldırırdı; dengeleme ile kaldırılan net yük küçülür ✓.

19. Bir öğrenci eğik düzlem düzeneğinin verimini ölçmek istemektedir. Ölçmesi gereken büyüklükler hangileridir?

• A) Yalnız yükün ağırlığı
• B) Yalnız düzlemin uzunluğu
• C) Yükün ağırlığı ile çıkılan yükseklik ve uygulanan kuvvet ile eğik yüzeyde alınan yol
• D) Yalnız uygulanan kuvvet
• E) Yalnız düzlemin açısı

Doğru cevap: C — Verim için yararlı iş ($G \cdot h$) ve harcanan iş ($F \cdot \ell$) gerekir; dört büyüklük de ölçülmelidir.

1. Verim, yararlı işin harcanan işe oranıdır; ikisini de hesaplayabilmek gerekir.
2. Yararlı iş, yükü dikey olarak yükseltmenin işidir: $W_{yararlı} = G \cdot h$; bunun için yükün ağırlığı ve çıkılan yükseklik ölçülür.
3. Harcanan iş, eğik yüzey boyunca uygulanan kuvvetin işidir: $W_{harcanan} = F \cdot \ell$; bunun için uygulanan kuvvet ve eğik yol ölçülür.
4. Denetleyelim: $\eta = (G \cdot h)/(F \cdot \ell) \cdot 100$ bağıntısında dört büyüklük de yer alıyor, biri eksik olsa oran kurulamaz ✓.

20. Verim, yararlı işin verilen enerjiye oranıdır; gerçek makinelerde sürtünme kayıpları nedeniyle %100’ün altındadır ve enerji her durumda korunur. Bu bilgiye dayanarak aşağıdakilerden hangisi söylenemez?

• A) Yağlama verimi artırır.
• B) Verimi düşük makinede de enerji korunur.
• C) Art arda bağlı düzeneklerde verimler çarpılır.
• D) Daha çok iş üreten makine daha verimli olmak zorunda değildir.
• E) Verimi düşük bir makinede enerjinin bir kısmı yok olur.

Doğru cevap: E — Söylenemez: "Verimi düşük bir makinede enerjinin bir kısmı yok olur." Enerji her durumda korunur.

1. Bilgideki üç temel ifadeyi ayıralım: verim oranı, sürtünme kaybı ve enerjinin korunumu.
2. Yağlamanın verimi artırması, art arda düzeneklerde verimlerin çarpılması, düşük verimde de korunumun geçerli olması ve çok iş üreten makinenin daha verimli olmak zorunda olmaması bu bilgilerle uyumludur.
3. Enerjinin yok olduğunu söylemek korunuma aykırıdır: kayıp enerji yok olmaz, ısı, ses ve titreşim gibi kullanılamayan türlere dönüşür.
4. Denetleyelim: verilen enerji = yararlı iş + kayıp; bu eşitlik düşük verimde de sağlanır, "yok olur" yargısı bu yüzden söylenemez ✓.