Kuvvet Ve Hareket

KUVVET VE HAREKET





Evrendeki her şey ya hareket halindedir ya da durağan yani hareketsiz haldedir Hareket, cismin konumunun sürekli biçimde değişmesidir Hareket halindeki bir cismi durdurmak ve durağan hale getirmek ya da hareketsiz durumdaki bir cismi harekete geçirmek için kuvvet denen bir etkinin uygulanması gerekir

Kuvvet, bir cismi harekete geçirebilmek, hareket halindeki bir cismi durdurabilmek, hareketin yönünü ya da hızını değiştirebilmek için gerekli olan itme ya da çekme miktarıdır Çim biçme makinesini iten bir bahçıvan, yolcu vagonlarını çeken lokomotif, duvarda asılı olan bir resmi tutan çivi hep kuvvet uyguluyor demektir Eğer bu kuvvetler uygulanmıyor olsaydı, çim biçme makinesi ile vagonlar hareket etmez, resim yere düşerdi

Bütün bu itme, çekme ve tutma örneklerinde, kuvvet, üzerinde etki yaptığı cisimle gerçekte temas halindedir İnsanlar uygulayabildikleri kuvvetin miktarını arttırmak için kaldıraç, makara ve fren gibi mekanizmalar geliştirmişlerdir Bu tür mekanizmalara basit makine denir Ama daha güçlü kuvvetler elde etmek ve uygulamak amacıyla daha karmaşık makinelerde geliştirilmiştir Örneğin, çeşitli yakıtların yakılmasıyla açığa çıkan enerjiyi denetleyerek büyük bir kuvvete dönüştüren motorlar, bu tür gelişkin makinelerdir

Bütün kuvvetlerin etkiledikleri cisme temas etmeleri gerekmez, yani bazı kuvvetler uzaktan etkiler Bu tür kuvvetlerden ikisi elektrik ve magnetizmadır Bir üçüncüsü de, her an yaşadığımız yerçekimi kuvvetidir; yerçekimi, dünyanın üzerindeki bütün cisimlere uyguladığı yere doğru çekme kuvvetidir Elimizde tuttuğumuz bir tuğlayı bıraktığımız anda tuğla, yerçekiminin etkisiyle yere düşer, bu arada düşerken hızı giderek artar; hızdaki bu artışa ivme denir Ama eğer tuğlayı elimizde taşıyorsak, tuğla üzerinde yukarı doğru bir itme kuvveti uygulayarak yerçekimi kuvvetini dengeliyoruz demektir; bu durumda uyguladığımız itme kuvveti ile yerçekimi kuvveti birbirine eşittir Bir römorkör, arkasına halatla bağlı bir mavnayı kanalda sabit bir hızla çekerken, halatın mavna üzerinde uyguladığı çekme kuvveti, su direncinin doğurduğu kuvvete eşittir; römorkör biraz daha kuvvetlice çekerse mavna da daha hızlı hareket eder 1687’de büyük İngiliz bilim adamı Sir Isaac Newton kuvvet ve hareketle ilgili üç yasa yayımladı Bunlara Newton hareket yasaları denir

1 Hareketsiz halde duran yada sabit bir hızla hareket etmekte olan bir cisme, herhangi bir başka kuvvet uygulanmadığı sürece bu durağan halini yada sabit hızlı hareketini korur (Otobüs birden durduğunda yolcuların birden öne doğru savrulduklarına dikkat etmişsinizdirSavrulmanın nedeni, yolcuların durma anından önceki sabit hızlı hareketlerini sürdürmeleridir)

2 Belirli bir hızla yol almakta olan bir cismin hızını değiştirmek için gerekli olan kuvvetin miktarı, cismin kütlesine ve cisme kazandırılmak istenen ivmenin miktarına bağlıdır (Bir golf topunu durdurmak, aynı hızla hareket eden bir pingpong topunu durdurmaktan daha zordur;çünkü golf topunun kütlesi daha büyüktür)

3 Her etki, kendisine eşit ve ters yönde bir tepki doğurur (Bir jet uçağında,motor çok büyük bir gaz kütlesini sürekli olarak arkaya doğru püskürtür; bu nedenle de ters yönde,yani öne doğru itilir) Elde tutulan, yani üzerinde yukarıya doğru bir kuvvet uygulanan tuğlanın yere düşmemesi de bu yasayla açıklanır

Hareket halindeki bütün cisimler, momentum denen bir özelliğe sahiptir; cismin momentumu, kütlesi ile hızının çarpımına eşittir Newton’un ikinci hareket yasasından, bir cismin momentumundaki değişim oranın, o cismi etkileyen kuvvetle orantılı olduğu görülebilir Momentum korunumlu bir özelliktir; yani örneğin, belirli momentumlarla birbirine yaklaşan iki cisim çarpıştıklarında, toplam momentumlarında bir değişiklik olmaz

Kuvvet birimi newtondur 1 newtonluk bir kuvvet, 1 kilogramlık bir kütlenin hızını saniyede 1 metre/saniye kadar, yani 1 metre/saniye kadar değiştirir

Bir yüzeyin üzerine düzgün olarak dağılmış halde basan kuvvete basınç denir Basınç, birim alana düşen kuvvet miktarıyla ölçülür Kuvvet miktarı ise ağırlık birimleriyle ifade edilirDünya yüzeyindeki normal hava basıncı, santimetre kareye yaklaşık 1 kilogramdır Bu Dünya yüzeyinin ve onun üzerindeki her şeyin her santimetre karesinin 1 kilogramlık bir ağırlıkla aşağıya doğru bastırılıyor olması demektir

KUVVET





Bir cismin denge durumunu, veya şeklini değiştiren sebebe kuvvet denir Demek oluyor ki kuvvet, bir cismi hareket ettirebilir, durdurabilir; veya cismin hareket doğrultusunu ve şeklini değiştirebilir Bir cismi iterken, çekerken, veya kaldırırken kas kuvveti harcarız Bir taşıt aracının veya asansörün hızı (veya ivmesi) değiştiği zaman, hareket ettiren kuvvetin farkına varabiliriz

Fizik biliminin bir dalı olan mekanik, cisimlerin denge durumlarını ve hareketlerini inceler Mekaniğin önemli bir konusu olan kuvvet, ne tür olursa olsun, yani ister cansız bir cisim, ister bir canlı tarafından meydana getirilsin, bir vektör ile gösterilir

KUVVETİN SINIFLANDIRILMASI





Her ne kadar fizikçiler,Einstein’ın çalışmalarından bu yana bütün kuvvetlerin tek bir olaydan (elektromagnetik olay)kaynaklandığını düşünürlerse de, kuvvetler üç kümede sınıflandırılırlar:

1 Uzaktan etkiyen kuvvetler yada alan kuvvetleri;

2 Temas kuvvetleri (ancak iki sistemin bağlantı kurması sonucu ortaya çıkar);

3 Kohezyon (iç tutunum) kuvvetleri (katı cisimlerin bükülmezliğini sağlarlar)



ALAN KUVVETLERİ: Bir cismin her bir öğesinin kütlesi üstüne etkirler; bu nedenle alan kuvvetlerine, bir yüzey üstüne etki eden temas kuvvetlerinden ayırt etmek amacıyla , kütle kuvvetleri de denir Alan kuvvetleri, havasız bir ortam içinde bile birbirinden uzaktaki cisimlere etkirler Bunlar yerçekimi kuvvetleri, cisimlerin ağırlığı ve elektrostatik, magnetik, elektromagnetik kuvvetlerdir

TEMAS KUVVETLERİ: Birbirleri ile ilişki halindeki katıların, içine girilmez ve bozulmaz olma özelliğinden kaynaklanırlar Her iki cisme de ortak, küçük bir yüzeyde (temas yüzeyi) gerçekleşen temas sonucu, bu bölgenin yakınlarında, katı hafifçe biçim değiştirir Temas kuvvetleri yüzeye dik olduklarında, sürtünmesiz temas söz konusudur Oysa, bir katı, bir başkasına oranla yer değiştiriyorsa, temas kuvvetleri, yüzeye oranla eğiktirler: Bu duruma da sürtünmeli temas denir

KOHEZYON KUVVETLERİ: Katıyı oluşturan atomlar, moleküller yada iyonlar arasında etkirler Makroskobik düzeyde, bu kuvvetler temas kuvvetlerini andırırlar, ama atomik ölçekte, alan kuvvetleri niteliğindedirler Katılar arasındaki temas etkileşimlerinde temel nitelikte bir rol oynamakla birlikte, açıkça işe karışmazlar



KUVVETİN ELEMANLARI



Ø Uygulama noktası: Kuvvetin uygulandığı noktadır

Ø Doğrultu: AB doğrultusu kuvvetin doğrultusudur

Ø Yönü: Ok işareti ile gösterilen yön kuvvetin yönüdür

Ø Şiddeti: AB vektörünün büyüklüğü kuvvetin şiddetini gösterir



F2

Çizim 1- Yöndeş kuvvetler



Aynı eksendeki iki kuvvet söz konusuysa, bileşkenin cebirsel ölçümü, kuvvetlerin cebirsel ölçümlerinin toplamına eşittir Birbirine koşut iki kuvvet halinde, bileşke, kuvvetlere koşuttur ve yönü, en büyük kuvvetin yönüdür İki kuvvetin etkime noktalarını birleştiren doğru üstünde bulunan bileşkenin uygulama noktası, iki kuvvetin bu noktaya göre momentlerinin toplamı sıfır olacak biçimdedir Şiddeti, bileşen kuvvetlerin aynı ya da ters yönde olmasına göre, bunların şiddetlerinin toplamına ya da farkına eşittir Özel olarak, iki koşut kuvvetin şiddetleri aynı, yönleri ters ise, bunların bileşkelerinin sıfır olduğu bir kuvvet çifti oluştururlar

BİR KUVVETİN İŞİ



Kuvvetin uygulama noktası yer değiştirdiğinde, kuvvet bir iş yapar Kuvvet bu yer değiştirme sırasında doğrultu ve şiddeti açısından sabit kalırsa, yapılan iş, kuvvetin şiddeti ile, kuvveti doğrultusu üstündeki, uygulama noktasının çizdiği eğrinin iz düşümünün uzunluğunun çarpımına eşit olur Böylelikle, h metre yükseklikten inen P newton ağırlığındaki bir cisim söz konusu olduğunda, ağırlık kuvvetinin işi W=Ph (joule) olur D’Alembert kuramı, yani edimsiz (virtüel) iş kuramı,bir çok statik ve dinamik sorunun çözülmesini sağlar Sürtünmesiz bağlanmış katılar sistemine uygulanan eylemsizlik kuvvetlerini de içeren, bütün kuvvetlerin yaptığı işlerin toplamı, bağlarla bağdaşan her edimsiz yer değişimi (yani, katılar sistemindeki her olası yer değişimi) için sıfırdır

Basit makineler (kaldıraç, makara, çıkrık, vb), uygulama noktasının yer değişimi arcılığıyla oldukça zayıf bir kuvvet etki ettirerek belirli bir işin yapılmasını sağlarlar İnsanın ve hayvanların kas kuvvetleri ise özel durumlarda kullanılır Genelde, gazların ve buharların basınç kuvvetleri ve özellikle elektriksel yollar ile üretilen kuvvetler kullanılmaktadır



SÜRTÜNME VE SÜRTÜNME KUVVETLERİ





Mekanik konularını incelerken,sürtünme kuvvetinin kaynağını anlamak çok zor değildir Mesela aynı büyüklükte iki kütleyi biri düz, diğeri pürüzlü olan iki yüzey üzerinde çekmeye çalışırsak; pürüzlü yüzeydeki cismi hareket ettirmek için daha büyük kuvvet uygulamamız gerektiğini; karşılaştığımız yüzlerce olaydan biliyoruz Bu durumda sürtünmenin sebebi, yüzeylerin yapısında bulunan pürüzlerden dolayıdır Acaba yüzeylerin pürüzleri gittikçe azalırsa, sürtünmeyi de sıfıra doğru indirebilir miyiz? Bu sorunun cevabını direk olarak vermeden, gene gözlemlerimize dayanan bir olaya bakalım Üst üste konmuş iki camı birbiri üzerinde hareket ettirmek oldukça zordur Halbuki cam yüzeyi oldukça düzdür Sürtünmenin çok az olması gerekirdi Gözlemlere dayanarak şunu diyebiliriz: Yüzeylerin pürüzlüğünün azalması ile sürtünme belli bir değere kadar azalır Pürüzsüzlük daha da azalırsa, sürtünmenin yeniden arttığı gözlenir Bunun sebebini; yüzeylerin aşırı derecede düz olması sonucu, atom ve molekülleri bir arada tutan kuvvetlere benzer kuvvetlerin doğmasına bağlamaktadırlar

Sürtünme kuvvetleri, yüzeylere paralel olarak etki ederler ve daima cismin hareketine veya cismin hareket ettirmek için uygulanan kuvvete zıt olarak doğarlar

Bir cismi harekete başlatmak için uygulanan kuvvet, cismin hareketini devam ettirmek için uygulanan kuvvetten daha büyüktür Bu bizi şöyle bir sonuca götürür: durgun haldeki sürtünme kuvveti, hareket halindeki sürtünme kuvvetinden daha büyüktür Statik sürtünme kuvveti duran bir cismi harekete başlatan, kinetik sürtünme kuvveti de, bir cismi sabit hızda harekette tutan kuvvettir

SÜRTÜNME KANUNLARI:

Sürtünen yüzeyler arasında oluşan sürtünme kuvvetleri belli başlı bazı durumlara bağlıdır Bunları şöyle sıralayabiliriz:

§ Sürtünen yüzeylerin yapısıyla (pürüzlü veya düz oluşuyla) orantılıdır

§ Sürtünen yüzeylerin alanına bağımlı değildir

§ Sürtünen yüzeyleri birbirine sıkıştıran kuvvet ile orantılıdır

§ Kinetik sürtünme, statik sürtünmeden daha azdır

§ Kinetik sürtünme, hızda bağımsızdır

Sürtünme kuvvetin, yüzeylerin yapısı ve sürtünen yüzeyleri birbirine sıkıştıran kuvvet ile orantılı olduğunu belirtmiştik Bu durumda formülü şöyle yazabiliriz:

f = kN

Formüldeki f sürtünme kuvvetini, k sürtünme kat sayısını, N de iki yüzeyi birbirine sıkıştıran dik kuvveti verir



HAREKET





Hareket, cismin konumunun sürekli biçimde değişmesidir Yani bir cismin sabit kabul edilen bir noktaya göre zamanla yer değiştirmesine hareket denir

Bir cismin hareketi, üzerine uygulanan dengelenmemiş kuvvetler tarafından meydana getirildiğini karşılaştığımız yüzlerce olaydan biliyoruz Bir kuvvetin etkisi ile cismin hareketi sırasında izlediği yola yörünge denir Hareketin şekli yörüngenin şekline göre isimlendirilir Yörünge düz ise doğrusal hareket, eğri ise eğrisel hareket, daire ise dairesel hareket olarak isimlendirilir

Seçilen bir başlangıç noktasına göre cismin vektörel uzaklığına konum denir







Başlangıç

K L noktası M N

* * ■ * *

-200m -100m A +100m +200m



Şekildeki cisim N noktasında ise A noktasına göre konumu +200m’dir Cisim K noktasında olursa konumu A noktasına göre –200m’dir Başlangıç noktasına sağı (+) pozitif, solu (–) negatif olarak seçilmiştir

Hareketli bir cismin son konumu ile ilk konumu arasındaki uzaklığa yer değiştirme denir



Yer değiştirme = Son konum – ilk konum



∆X = X2 – X1





ÖRNEK 2:



K L M N O P

- X(m) | * * ■ * * | +X(m)

-150m -100m -50m A +50m +100m +150m



Şekildeki cisim O noktasından K noktasına gelmiş ise kaç m yer değiştirmiştir?



ÇÖZÜM:



X1=+100m (ilk konum)

X2=–150m (son konum)

∆X=?

∆X=X2 – X1

∆X=– 150m – (+100m)

∆X=–150 – 100

∆X=–250m yer değiştirmiştir

Eksi işareti hareketin negatif seçilen yönde olduğunu göstermektedir



Birim zamandaki yer değiştirmeye hız denir Hız vektörel bir büyüklüktür



Hız = Yer değiştirme V=Cismin hızı,m/s veya km/sa

Zaman aralığı ∆X=Cismin yer değiştirmesi,m veya km

t=Zaman, saniye veya saat

V =∆X

∆t



İlk konum ve ilk zaman sıfır olduğunda



V = X

t olur



Hızın birim zamandaki değişim miktarına ise ivme denircisim sabit hızla hareket ediyorsa ivme sıfırdır İvme yalnızca hızlanan veya yavaşlayan hareketlerde vardır







İvme = Hız değişimi

Zaman



a = ∆V

∆t



∆V=hız değişim, cismin son hızı ile ilk hızı arsındaki farktır İlk hız V1, son hız V2 ise hız değişimi;



∆V = V2 – V1 olur





İvmenin birimi, a = m s2

s



ÖRNEK 3:



Bir cismin hızı 5 saniyede 3m/s’den 8m/s’ye çıkıyor Bu cismin ivmesi kaç m/s2’dir?



ÇÖZÜM:



V1=3m/s (ilk hız)

V2=8m/s (son hız)

∆t=5sn (zaman aralığı)

a=∆V => a= V2–V1

∆t ∆t



a= 8–3 a= 1m/s2 olur

5





HAREKET ÇEŞİTLERİ





1Sabit Hızlı Hareket:Bir cisim hareket süresince eşit zaman aralıklarında eşit yol alıyorsa bu harekete sabit hızlı hareket veya düzgün doğrusal hareket denir Hız değişmediği için ivme sıfırdır Sabit hızlı harekete ait konum–zaman, hız–zaman ve ivme–zaman grafikleri aşağıdaki gibidir





ÖRNEK 4:



Bir hareketli 20 saniyede 100m yol alıyorsa, bu hareketlinin hızı kaç m/s’dir?





ÇÖZÜM:



V= X V= 100m

t 20s



V= 5m/s dir



2Düzgün hızlanan hareket:Bir cismin hızı yer değiştirme süresince düzgün bir şekilde artıyorsa buna düzgün hızlanan hareket denir Hızda değişme olduğuna göre bu harekette ivme vardır Cismin hızı her saniye ivme kadar artacaktır Bu harekete ait konum–zaman, hız–zaman ve ivme–zaman grafikleri aşağıdaki gibidir





3Düzgün yavaşlayan hareket:Bir cismin hızı, yer değiştirme süresince, düzgün bir şekilde azalıyorsa, bu harekete düzgün yavaşlayan hareket denir Düzgün yavaşlayan harekette hız değiştiği için ivme vardır Cismin hızı her saniye ivme kadar azalacaktır Düzgün yavaşlayan hareketin konum–zaman, hız–zaman ve ivme–zaman grafikleri aşağıdaki gibidir







ÖRNEK 5:



Bir hareketlinin hız-zaman grafiği aşağıdaki gibidir Bu hareketli I, II ve III bölgelerinde nasıl hareket yapmıştır?





Cismin hareketini saptamak için cismin hızındaki değişime bakılır I bölgede cismin hızı değişmemiş, II bölgede cismin hızı artmış, III bölgede cismin hızı azalmıştır Dolayısıyla cisim I bölgede sabit hızlı, II bölgede hızlanan, III bölgede yavaşlayan hareket yapmıştır

güzel paylaşım