Newton'un hareket yasaları üç tanedir: Newton'un birinci yasası, Newton'un ikinci yasası ve Newton'un üçüncü yasası.
Newton'un Birinci Yasası
Newton'un Birinci Yasası, eğer bir cisme etki eden toplam kuvvet sıfır ise, hareketsiz duran her cismin hareketsiz kalacağını veya sabit hızla düz bir çizgide hareket eden her cismin sabit hızla düz bir çizgide hareket etmeye devam edeceğini belirtir.
Çevrenizdeki bir nesneyi, örneğin bir masayı, bir taşı veya herhangi bir nesneyi düşünün. Hareket etmeyen bir masa, itme veya çekme gibi dış bir kuvvet uygulanmadığı sürece hareketsiz kalacaktır. Benzer şekilde, hareketsiz diğer nesneler de aynı şekilde hareketsiz kalır. Masaya, taşa veya hareketsiz olan herhangi bir başka nesneye etki eden hiçbir kuvvet yok mu? Nesneye etki eden kuvvetler vardır, ancak nesneye etki eden tüm kuvvetlerin toplamı veya toplam kuvvet sıfıra eşittir. Dünya gibi bir gezegenin yüzeyinde hareketsiz duran bir nesneye etki eden kuvvetler yerçekimi (w) ve normal kuvvettir (N). Yerçekiminin yönü Dünya'nın merkezine diktir, normal kuvvetin yönü de Dünya'nın merkezine diktir. Bu iki kuvvetin büyüklüğü aynıdır ancak yönleri zıttır, bu nedenle toplam kuvvet sıfıra eşittir.
Peki ya sabit hızda düz bir çizgide hareket eden bir cisim? Bu konuyu açıklığa kavuşturmak için, örneğin bir metal parçasını zeminin yüzeyinde ittiğinizi varsayalım. İtildikten sonra, metal parçası sürtünme kuvveti nedeniyle yavaşlar ve sonra durur. Metal parçalarının daha uzağa veya daha uzun süre hareket etmesi için, zeminin ve metal parçalarının yüzeyini düzleştirmeniz gerekir. Zeminin ve metal parçalarının yüzeyi ne kadar düz olursa, metal parçaları o kadar uzağa hareket eder. Zemin yüzeyi mükemmel derecede düz ve sürtünme yoksa, metal parçaları hareket etmeye devam eder ve durmaz. Mükemmel derecede düz bir zemin yüzeyinde hareket eden bir metal parçasına etki eden hiçbir kuvvet yok mu? Metal parçalarına etki eden kuvvetler vardır; bunlar yerçekimi ve normal kuvvetlerdir. Bu iki kuvvet dikey yönde etki eder ve zemin mükemmel derecede düz ise metal parçalarının yatay yöndeki hareketini etkilemez.
Newton'un İkinci Yasası
Newton'un İkinci Yasası, bir cisme etki eden net kuvvet sıfır değilse, cismin ivmeleneceğini belirtir. İvmenin büyüklüğü, net kuvvetin büyüklüğüyle doğru orantılı ve cismin kütlesiyle ters orantılıdır. İvmenin yönü, net kuvvetin yönüyle aynıdır.
ΣF = ma(1.2)
Açıklama: ΣF = toplam kuvvet (kg m/s² ) , m = kütle (kg), a = ivme (m/ s² )
Denklem 1.2, Newton'un ikinci yasasının matematiksel bir ifadesidir.
İvmenin büyüklüğü sıfıra eşitse (a = 0), denklem 1.2 denklem 1.1'e dönüşür. Dolayısıyla Newton'un birinci yasası, Newton'un ikinci yasasının özel bir durumudur.
Denklem 1.2'ye dayanarak, kuvvet ne kadar büyükse ivmenin de o kadar büyük olduğu sonucuna varılır. Tersine, kütle ne kadar büyükse ivme o kadar küçüktür. Kuvvet, kütle ve ivme arasındaki ilişki, bu konuyla ilgili deneyler yapıldıktan sonra daha iyi anlaşılabilir. Yapılabilecek deneylerden biri, serbest düşen bir kütle kullanarak raylar üzerinde hareket eden dinamik bir treni ivmelendirmektir. Trenin ivmesini belirlemek için bir zamanlayıcı kullanın.
Newton'un Üçüncü Yasası
Newton'un üçüncü yasası, eğer 1. cisim 2. cisme bir kuvvet uyguluyorsa, aynı anda 2. cismin de 1. cisme bir kuvvet uyguladığını belirtir. Her iki kuvvetin büyüklüğü aynıdır, ancak yönleri zıttır. Bir kuvvete etki kuvveti, diğerine ise tepki kuvveti denir (etki-tepki kuvveti).
F eylem = – F tepki (1.3)
Denklem 1.3, Newton'un üçüncü yasasının matematiksel bir ifadesidir. Denklem 1.3'teki negatif işaret, kuvvetin yönünü gösterir.
Newton'un üçüncü yasasını daha iyi anlamak için bir deney yapın. Bir kaykayınız varsa, üzerinde dururken duvara doğru itin. Duvara ittikten sonra kaykay geriye doğru hareket eder. Sizin itmeniz ileriye doğru, kaykay ise geriye doğru hareket eder. Bu, duvarın da size karşı bir itme kuvveti uyguladığını gösterir. Duvara ittiğinizde, aynı anda duvar da size karşı bir itme kuvveti uygular. Sizin itme kuvvetiniz duvara etki ederken, duvarın itme kuvveti de size etki eder. İki kuvvet büyüklük olarak eşit, ancak yön olarak zıttır. Bir kuvvete etki, diğerine ise tepki diyebilirsiniz.
Yapabileceğiniz başka bir deney de lastik bir balonu şişirmek ve şişip hava ile dolduktan sonra serbest bırakmaktır. Serbest bırakıldıktan sonra balon "uçar". Balonun hareket yönü, havanın balondan kaçtığı yönün tersidir. Bu nasıl açıklanabilir? Balonun ağzı serbest bırakıldığında, balon havayı dışarı iter. Aynı zamanda, hava da balonu iter. Havanın itme kuvveti balonun uçmasına neden olur. Balonun itme kuvveti havaya, havanın itme kuvveti de balona etki eder. İki kuvvetin büyüklüğü eşittir ancak yönleri zıttır.
Sorun örnekleri
1. Sepette 4 nesne var: muz = 4 kg, kitap = 0,8 kg, basketbol topu = 3,5 kg, mango = 1,2 kg. Sepet, pürüzlü düz bir yüzey üzerinde 30 N'luk bir kuvvetle çekiliyor ( μ = 0,4). Sepetin düzgün bir şekilde hareket edebilmesi için (sepetin kütlesi ihmal ediliyor), sepete konulması gereken nesneler şunlardır...
Pembahasan
Biliniyor:
Muzun kütlesi (m 1 ) = 4 kg
Kitabın kütlesi (m² ) = 0,8 kg
Topun kütlesi (m₃ ) = 3,5 kg
Mangonun kütlesi (m 4 ) = 1,2 kg
Çekme kuvveti (F) = 30 N
Statik sürtünme katsayısı ( μs ) = 0,4
Yerçekimi ivmesi (g) = 10 m/ s²
Sepetin kütlesini dikkate almayın.
Statik sürtünme kuvveti (fs ) , cisim hareketsiz haldeyken ve hareket etmeye hazırlanırken etki eder; kinetik sürtünme kuvveti ise cisim hareket halindeyken etki eder.
Sorulan soru: Nesnenin kütlesi
Cevap:
Sepet, çekme kuvvetinin (F) büyüklüğü, statik sürtünme kuvvetinin (f s ) büyüklüğüne eşit olduğunda tam olarak hareket edecektir.
Statik sürtünme kuvvetinin (f s ) büyüklüğünü hesaplayın :
f s = μ s N = μ s w = μ s mg = (0,4)(m)(10)
f s = 4 m
Tam olarak hangi sepet taşınacak:
F = f s
30 = 4m
m = 30/4
m = 7,5 kg
Muzun kütlesi 4 kg + topun kütlesi 3,5 kg = 7,5 kg
Sepete konulması gereken nesneler muz ve toplardır.
2. 2014/2015 SMA/MA Fizik Ulusal Sınavı Soru No. 5
Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi, kütlesi 6 kg olan A cismi ve kütlesi 4 kg olan B cismi bir iple birbirine bağlanmış ve F = 60 N'luk bir kuvvetle çekilmektedir.
Sistem hareket halindeyse ve zemin yüzeyi ile iki cisim arasındaki kinetik sürtünme katsayısı 0,5 (tg θ = 3/4) ve g = 10 ms⁻² ise , iki cismi birbirine bağlayan T halatındaki gerilim kuvvetinin büyüklüğü nedir?
28,8 K
B. 30,0 K
C.39,6 N
D.48,0K
E. 50,0 N
Pembahasan
Şunlar bilinmektedir:
A cisminin kütlesi (m A ) = 6 kg
B nesnesinin kütlesi (m B ) = 4 kg
Çekme kuvveti (F) = 60 Newton
Cisim ile zemin arasındaki kinetik sürtünme katsayısı (μk ) = 0,5
Yerçekimi ivmesi (g) = 10 m/ s²
Tanjant θ = 3/4
Soru: Halattaki gerilim T ne kadar büyüktür ?
Cevap :
F kuvvetinin yatay bileşeni:
F x = F cos θ
F x = (60)(4/5) = (4)(12) = 48 N
Kuvvet F'nin dikey bileşeni:
F y = F sin θ
F y = (60)(3/5) = (3)(12) = 36 N
A cisminin normal kuvveti:
N A = w A = m A g = (6)(10) = 60 N
B cisminin normal kuvveti:
N B + F y – w B = 0
N B + F y = w B
N B = w B – F y = m B g – F y = (4)(10) – 36 = 40 – 36 = 4 N
A cismi ile zemin arasındaki kinetik sürtünme kuvveti:
f kA = μ k NA = (0,5)(60) = 30 N
B cismi ile zemin arasındaki kinetik sürtünme kuvveti:
f kB = μ k N B = (0,5)(4) = 2 N
Her iki cismin ivmesini hesaplayın:
ΣF = ma
F x – T + T – f kB – f kA = (m A + m B ) a
İpteki gerilim kuvveti T, ipin uzunluğu boyunca aynı büyüklüğe ve zıt yöne sahip olduğundan denklemden çıkarılır.
F x – f kB – f kA = (m A + m B ) a
48 – 2 – 30 = (6 + 4) a
16 = 10 a
a = 16/10
a = 1,6 m/ s²
Halatın gerilme kuvvetini (T) hesaplayın:
A nesnesini ele alalım. A nesnesine yatay yönde etki eden kuvvetler, sağa doğru yönelen halat gerilme kuvveti (T) ve sola doğru yönelen kinetik sürtünme kuvvetidir (f kA ).
ΣF = ma
T A – f kA = m A a
T A – 30 = (6)(1,6)
T A – 30 = 9,6
TA = 9,6 + 30 = 39,6 N
B nesnesini ele alalım. B nesnesine yatay yönde etki eden kuvvetler, sağa doğru yönelen Fx kuvveti, kinetik sürtünme kuvveti (fkB ) ve sola doğru yönelen halat gerilme kuvvetidir (T).
ΣF = ma
F x – f kB – T B = m B a
48 – 2 – T B = (4)(1,6)
46 – T B = 6,4
46 – 6,4 = T B
T B = 39,6 N
Dolayısıyla, A nesnesine etki eden ipteki gerilim kuvveti (T A ) = B nesnesine etki eden ipteki gerilim kuvveti (T B ) = 39,6 N.
Doğru cevap C şıkkıdır.
3. 2014/2015 SMA/MA Fizik Ulusal Sınavı Soru No. 5
Şu resme bakın!
F kuvveti nedeniyle cisimler sistemi hareket etmektedir. Zemin pürüzlü ise ve iki blok ile zemin arasındaki kinetik sürtünme katsayısı 0,2 ise, iki cismin maruz kaldığı ivme nedir? (cos 37 ° = 0,8 , sin 37 ° = 0,6)
A. 2,6 ms-2
B. 4,0 ms -2
C. 5,2 ms -2
D. 7,8 ms -2
E. 10,2 ms -2
Pembahasan
Şunlar bilinmektedir:
A cisminin kütlesi (m A ) = 4 kg
B nesnesinin kütlesi (m B ) = 2 kg
Çekme kuvveti (F) = 30 Newton
Cisim ile zemin arasındaki kinetik sürtünme katsayısı (μk ) = 0,2
Yerçekimi ivmesi (g) = 10 m/ s²
cos 37 o = 0,8
sin 37 o = 0,6
Soru: İki cismin maruz kaldığı ivme nedir?
Cevap :
F kuvvetinin yatay bileşeni:
F x = F cos θ
F x = (30)(0,8) = 24 N
Kuvvet F'nin dikey bileşeni:
F y = F sin θ
F y = (30)(0,6) = 18 N
A cisminin normal kuvveti:
N A = w A = m A g = (4)(10) = 40 N
B cisminin normal kuvveti:
N B + F y – w B = 0
N B + F y = w B
N B = w B – F y = m B g – F y = (2)(10) – 18 = 20 – 18 = 2 N
A cismi ile zemin arasındaki kinetik sürtünme kuvveti:
f kA = μ k NA = (0,2)(40) = 8 N
B cismi ile zemin arasındaki kinetik sürtünme kuvveti:
f kB = μ k N B = (0,2)(2) = 0,4 N
Her iki cismin ivmesini hesaplayın:
ΣF = ma
F x – f kB – f kA = (m A + m B ) a
24 – 0,4 – 8 = (4 + 2) a
15,6 = 6 a
a = 15,6/6
a = 2,6 m/ s²
Doğru cevap A şıkkıdır.
