Newton'un hareket yasası hakkında makale
1. Kuvvetin tanımı
Kuvvet, nesnelerin ivmelenmesine neden olan bir şeydir. Başka bir deyişle, kuvvet bir nesnenin hareketini, durmasını veya hareket yönünü değiştiren bir şeydir. Kuvvet vektörel bir niceliktir ve bu nedenle büyüklüğü ve yönü vardır. Kuvvet sembolü F'dir (Kuvvet). F, kuvvetin genel sembolüdür. Birçok kuvvet türü vardır ve tüm kuvvetlerin sembolü F değildir. Uluslararası sistem birimi kg m/s² veya Newton'dur.
2. Net kuvvetin tanımı
Bileşke kuvvet (ΣF), bir cisme etki eden tüm kuvvetlerin toplamıdır. Kuvvet vektörel bir nicelik olduğundan, toplam kuvvet vektör toplama kuralına göre hesaplanır.
Toplam kuvvet 10 Newton'dur ve toplam kuvvetin yönü sağa doğrudur.
Toplam kuvvet 8 Newton'dur ve toplam kuvvetin yönü sağa doğrudur.
Toplam kuvvet = 0
Toplam kuvvet = 0
3. Newton'un hareket yasaları
Newton'un hareket yasaları, İngiliz fizikçi Isaac Newton tarafından ortaya atılan, bir cismin hareketine ilişkin fizik yasalarıdır.
3.1 Newton'un Birinci Yasası
Newton'un Birinci Yasası, durmakta olan her cismin durmaya devam edeceğini veya sabit bir hızla düz bir çizgide hareket eden her cismin duracağını belirtir.
Cisme etki eden toplam kuvvet sıfır ise, cisim sabit bir hızla düz bir şekilde hareket etmeye devam edecektir.
ΣF = 0
Bu denklem, Newton'un birinci yasasından türetilmiş matematiksel bir ifadedir.
Çevrenizdeki bir nesneyi, örneğin bir masa, taş veya herhangi bir nesneyi düşünün. Hareket etmeyen bir masa, itme veya çekme gibi dış bir kuvvet uygulanmadığı sürece hareketsiz kalacaktır. Masa, taş veya hareketsiz nesneler üzerinde hiçbir kuvvet etki etmiyor mu? Nesneye etki eden bir kuvvet vardır, ancak nesneye etki eden tüm kuvvetlerin toplamı veya toplam kuvvet sıfırdır. Dünya gibi gezegenlerin yüzeyinde hareketsiz duran nesnelere etki eden kuvvetler yerçekimi (w) ve normal kuvvettir (N). Yerçekimi kuvvetinin yönü dünyanın merkezine diktir, normal kuvvetin yönü ise yukarı doğru diktir. Bu iki kuvvetin büyüklüğü aynıdır, ancak yönleri zıttır, bu nedenle toplam kuvvet sıfıra eşittir.
Peki ya sabit hızla düz bir şekilde hareket eden şeyler? Bu problemi açıklığa kavuşturmak için, örneğin bir metal parçasını zeminin yüzeyinde ittiğinizi varsayalım. İtildikten sonra, metal sürtünme nedeniyle yavaşladı ve durdu. Metal parçalarının daha uzağa veya daha uzun süre hareket etmesi için, zemin yüzeyini ve metal plakanın yüzeyini düzleştirmeniz gerekir. Zemin yüzeyi düz ve sürtünme yoksa, metal plaka hareket etmeye devam edecek ve durmayacaktır. Mükemmel, düz bir zeminin yüzeyinde hareket eden metal plakaya etki eden hiçbir kuvvet yok mu? Metal plakalara etki eden kuvvetler vardır; bunlar yerçekimi kuvveti ve normal kuvvettir. Bu kuvvetlerin her ikisi de dikey yönde etki eder ve zemin düz ise metal plakaların yatay yöndeki hareketini etkilemez.
Newton'un İkinci Yasası, bir cisme etki eden toplam kuvvet sıfıra eşit değilse, cismin ivmeleneceğini belirtir. İvmenin büyüklüğü, toplam kuvvetin büyüklüğüyle doğru orantılı ve cismin kütlesiyle ters orantılıdır. İvmenin yönü, toplam kuvvetin yönüyle aynıdır.
ΣF = ma
ΣF = toplam kuvvet (kg m/s)2), m = kütle (kg), a = ivme (m/s²)2)
Denklem 1.2, Newton'un ikinci yasasından türetilmiş matematiksel bir ifadedir.
Eğer ivme 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 konuda bir deney yaptıktan sonra daha iyi anlaşılacaktır.
Örnek problem 1:
Yukarıdaki şekle göre cisimlerin ivmesinin büyüklüğünü ve yönünü belirleyin…
Çözüm:
ΣF = ma
4 kg m/s2 = (1 kg) a
a = 4 kg m/s2 : 1 kg = 4 m/s2
İvmenin büyüklüğü = 4 m/s²2Sağa doğru ivmenin yönü.
Örnek problem 2:
Yukarıdaki şekle göre ivmenin büyüklüğünü ve yönünü belirleyin…
Çözüm:
ΣF = ma
4 kg m/s2 – 1 kg m/s2 = (1 kg) a
3 kg m/s2 = (1 kg) a
a = 3 kg m/s2 : 1 kg
a = 3 m/ s²
İvmenin büyüklüğü = 3 m/s²2Sağa doğru ivmenin yönü.
3.2.1 Ağırlık (w)
Ağırlık, kütleli bir cisme etki eden yerçekimi kuvvetidir.
ΣF = ma
w = mg
Denklem 1.3, bir cismin ağırlığını hesaplamak için kullanılan denklemdir.
w = ağırlık (kg m/s)2), m = kütle (kg), g = yerçekimi ivmesi (m/s²)2Yer yüzeyindeki yerçekimi ivmesinin (g) büyüklüğü 9.8 m/s²'dir.2Hesaplamaları kolaylaştırmak için g değeri 10 m/s²'ye yuvarlanmıştır.2.
3.2.2 Normal kuvvet (N)
Normal kuvvet, birbirine temas eden iki cisme etki eden ve yönü temas düzleminin yüzeyine dik olan kuvvettir.
Masa yüzeyinin üzerinde duran cisimleri gözlemleyin. Yerçekimi kuvveti veya ağırlık da cisim üzerinde etki eder. Cisimler, ağaçtan düşen meyveler gibi serbestçe düşmezler çünkü bir normal kuvvet vardır. Ağırlık (w) ve normal kuvvet (N) aynıdır ancak zıt yönlerdedir, bu nedenle bir cisim üzerindeki toplam kuvvet sıfırdır.
ΣF = 0
N – w = 0
N = w
3.3 Newton'un Üçüncü Yasası
Newton'un üçüncü yasası, eğer 1. cisim 2. cisme kuvvet uyguluyorsa, aynı anda 2. cismin de 1. cisme kuvvet uyguladığını belirtir. İki kuvvet aynıdır, ancak yönleri zıttır. Bir kuvvete etki, diğerine tepki denir.
F eylem = – F tepki
Denklem 1.3, Newton'un üçüncü yasasından türetilmiş matematiksel bir ifadedir. Denklem 1.3'teki negatif işaret, kuvvetin yönünü açıklar.
Newton'un üçüncü yasasını daha iyi anlamak için bir deney yapın. Eğer bir kaykayınız varsa, kaykayın üzerinde durarak duvara doğru itin. Duvara ittikten sonra kaykay geriye doğru hareket eder. Sizin uyguladığınız kuvvetin yönü ileri, kaykayın yönü ise geriye doğrudur.
Bu, duvarın da size bir kuvvet uyguladığını gösterir. Duvarı ittiğinizde, aynı anda duvar da sizi iter. Sizin itme kuvvetiniz duvara etki ederken, duvarın itme kuvveti de size etki eder. Her iki kuvvet de aynı yönde ancak zıt yönlerdedir. Bir kuvvete etki, diğerine ise tepki diyebilirsiniz.
Yapılabilecek bir diğer deney ise lastik bir balonu şişirmek ve hava ile dolup genişledikten sonra balonu serbest bırakmaktır. Serbest bırakıldıktan sonra balon "uçuyor". Balonun hareket yönü, balondan hava çıkış yönünün tersidir. Bunu nasıl açıklayabiliriz?
Balonun ağzı açıldığında, balon havayı dışarı iter. Aynı zamanda, hava da balonu iter. Havanın itme kuvveti balonun uçmasına neden olur. Balonun kendi kuvvetiyle, havanın kuvveti de balona etki eder. İki kuvvet aynıdır, ancak yönleri zıttır.
Şekil 2'yi inceleyin ve şekil 3 ile karşılaştırın. Bir cisme etki eden normal kuvvet (N), masa yüzeyi gibi düz bir yüzey tarafından verilen kuvvettir. Aynı zamanda, cisimler de masa yüzeyine kuvvet uygular (N'). Bu iki normal kuvvet (N ve N') aynı büyüklüğe sahiptir, ancak zıt yönlerdedir ve farklı cisimler üzerinde etki ederler. Aynı büyüklüğe sahip olan ve aynı cisim üzerinde etki eden w ve N'nin aksine, N ve N' etki-tepki kuvvetleridir. Dolayısıyla N ve N' etki-tepki kuvvetleridir.
