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. Durağan haldeki bir masa, hareket ettirilmediği veya itme veya çekme gibi dış bir kuvvet uygulanmadığı sürece durağan kalacaktır. Benzer şekilde, durağan haldeki diğer nesneler için de durum aynıdır. Durağan haldeki masa, taş veya herhangi bir başka nesneye etki eden hiçbir kuvvet yok mudur? Nesneye etki eden kuvvetler vardır, ancak nesneye etki eden tüm kuvvetlerin toplamı veya toplam kuvvet sıfıra eşittir. Dünya gibi bir gezegenin yüzeyinde durağan haldeki bir nesneye etki eden kuvvetler yerçekimi (w) ve normal kuvvet (N). Yerçekimi kuvvetinin yönü, dünyanın merkezine doğru aşağıya diktir; normal kuvvetin yönü ise yukarıya diktir. Bu iki kuvvetin büyüklüğü aynıdır ancak yönleri zıttır; bu nedenle toplam kuvvet sıfıra eşittir.
Peki ya sabit hızla düz bir çizgide hareket eden bir cisim? Bunu açıklamak için, bir metal parçasını zeminde ittiğinizi varsayalım. İtildikten sonra, metal parçası yavaşlar ve ardından zeminin etkisiyle durur. sürtünme kuvvetiMetal parçaların daha uzağa veya daha uzun süre hareket edebilmesi için, zeminin ve metal parçaların yüzeyinin pürüzsüz olması gerekir. Zeminin ve metal parçaların yüzeyi ne kadar pürüzsüz olursa, metal parçalar o kadar uzağa hareket eder. Zemin yüzeyi mükemmel derecede pürüzsüzse ve sürtünme yoksa, metal parçalar hareket etmeye devam eder ve durmaz. Mükemmel derecede pürüzsüz 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 pürüzsüz ise metal parçaların 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/s)2), m = kütle (kg), a = ivme (m/s²)2)
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).
Faksiyon = - Ftepki (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. 4 adet nesne var: muz = 4 kg, kitap = 0,8 kg, basketbol topu = 3,5 kg, mango = 1,2 kg. Basketbol topu, pürüzlü düz bir yüzey üzerinde 30 N'luk bir kuvvetle çekiliyor.μ = 0,4). Sepetin düzgün bir şekilde hareket edebilmesi için (sepetin kütlesi göz ardı edilir), sepete konulması gereken nesne şudur...
Pembahasan
Biliniyor:
Muzun kütlesi (m)1) = 4 kilo
Kitabın kütlesi (m)2) = 0,8 kilo
Topun kütlesi (m)3) = 3,5 kilo
Mango kütlesi (m4) = 1,2 kilo
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(Oryantal sürtünme) cisim henüz hareketsizken ve hareket etmeye hazırlanırken devreye girerken, kinetik sürtünme cisim hareket halindeyken devreye girer.
Soruldu: Bir cismin kütlesi
Cevap:
Sepet, çekme kuvvetinin (F) büyüklüğü, statik sürtünme kuvvetinin (f) büyüklüğüne eşit olduğunda tam olarak hareket edecektir.s).
Statik sürtünme kuvvetinin (f) büyüklüğünü hesaplayın.s):
fs = μs N = μs w = μs mg = (0,4)(m)(10)
fs = 4 m
Tam olarak hangi sepet taşınacak:
F = fs
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 5. Soru
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 iki taraf arasındaki kinetik sürtünme katsayısıHer iki nesnenin de bulunduğu zemin yüzeyi 0,5 (tg) θ = 3/4) ve g = 10 ms-2o zaman büyükEvet, iki nesneyi birbirine bağlayan T şeklindeki ipteki gerilim...
28,8 K
B. 30,0 K
C.39,6 N
D.48,0K
E. 50,0 N
Pembahasan
Şunlar bilinmektedir:
A nesnesinin kütlesi (m)A) = 6 kilo
B nesnesinin kütlesi (m)B) = 4 kilo
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
Soruldu: Büyük mü?evet halat gerginliği T
Cevap :
F kuvvetinin yatay bileşeni:
Fx = F cos θ
Fx = (60)(4/5) = (4)(12) = 48 N
Kuvvet F'nin dikey bileşeni:
Fy = F sin θ
Fy = (60)(3/5) = (3)(12) = 36 N
A cisminin normal kuvveti:
NA = ağırlıkA = mA g = (6)(10) = 60 N
B cisminin normal kuvveti:
NB + Fy - wB = 0
NB + Fy = ağırlıkB
NB = ağırlıkB - Fy = mB g – Fy = (4)(10) – 36 = 40 – 36 = 4 N
A cismi ile zemin arasındaki kinetik sürtünme kuvveti:
fkA = uk NA = (0,5)(60) = 30 N
B cismi ile zemin arasındaki kinetik sürtünme kuvveti:
fkB = uk NB = (0,5)(4) = 2 N
Her iki cismin ivmesini hesaplayın:
ΣF = ma
Fx – T + T – fkB - fkA = (mA +mB)
İpteki gerilim kuvveti T, ipin uzunluğu boyunca aynı büyüklüğe ve zıt yöne sahip olduğundan denklemden çıkarılır.
Fx - fkB - fkA = (mA +mB)
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 yönelmiş halat gerilme kuvveti (T) ve kinetik sürtünme kuvvetidir (f).kA) solda yer almaktadır.
ΣF = ma
TA - fkA = mA a
TA - 30 = (6)(1,6)
TA - 30 = 9,6
TA = 9,6 + 30 = 39,6 N
B nesnesini ele alalım. B nesnesine yatay yönde etki eden kuvvetler F kuvvetidir.x Sağa doğru yönelen kinetik sürtünme kuvveti (fkBve sola doğru yönlendirilmiş halat gerilme kuvveti (T).
ΣF = ma
Fx - fkB - TB = mB a
48 – 2 – TB = (4)(1,6)
46 - TB = 6,4
46 – 6,4 = TB
TB = 39,6 N
Dolayısıyla ipin A nesnesine etki eden gerilim kuvveti (T)A) = B nesnesine etki eden ipteki gerilim kuvveti (TB) = 39,6 N.
Doğru cevap C şıkkıdır.
3. 2014/2015 SMA/MA Fizik Ulusal Sınavı Soru No. 5
Şu resme bakın!
F kuvvetinin etkisiyle 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 √(f)) 37o = 0,8, günah 37o = 0,6)
A. 2,6 ms-2
B. 4,0 ms-2
Yaklaşık 5,2 ms-2
D. 7,8 ms-2
E. 10,2 ms-2
Pembahasan
Şunlar bilinmektedir:
A nesnesinin kütlesi (m)A) = 4 kilo
B nesnesinin kütlesi (m)B) = 2 kilo
Çekme kuvveti (F) = 30 Newton
Cisim ile zemin arasındaki kinetik sürtünme katsayısı (μk) = 0,2
Yerçekimi ivmesi (g) = 10 m/s2
çünkü 37o = 0,8
günah 37o = 0,6
Soruldu: Her iki cismin maruz kaldığı ivme nedir?
Cevap :
F kuvvetinin yatay bileşeni:
Fx = F cos θ
Fx = (30)(0,8) = 24 N
Kuvvet F'nin dikey bileşeni:
Fy = F sin θ
Fy = (30)(0,6) = 18 N
A cisminin normal kuvveti:
NA = ağırlıkA = mA g = (4)(10) = 40 N
B cisminin normal kuvveti:
NB + Fy - wB = 0
NB + Fy = ağırlıkB
NB = ağırlıkB - Fy = mB g – Fy = (2)(10) – 18 = 20 – 18 = 2 N
A cismi ile zemin arasındaki kinetik sürtünme kuvveti:
fkA = uk NA = (0,2)(40) = 8 N
B cismi ile zemin arasındaki kinetik sürtünme kuvveti:
fkB = uk NB = (0,2)(2) = 0,4 N
Her iki cismin ivmesini hesaplayın:
ΣF = ma
Fx - fkB - fkA = (mA +mB)
24 – 0,4 – 8 = (4 + 2) a
15,6 = 6 a
a = 15,6/6
a = 2,6 m/s2
Doğru cevap A şıkkıdır.
