Hareket ve Kuvvetler

HAREKET ve KUVVETİN HAREKETE ETKİLERİ

I. HAREKET
Bir cismin sabit bir noktaya göre yer değiştirmesine hareket denir. Hareket daima gözlemcinin bulunduğu noktaya göre tanımlanır. Cisim doğrusal bir yörüngede hareket edebileceği gibi dairesel, eliptik vb. yörüngelerde de hareket edebilir.


Bir hareketlinin başlangıç noktasına (orijine) olanyönlü uzaklığına konum denir.



Sayı doğrusu üzerindeki K hareketlisinin şekildeki konumu xK = + 3 olur.


Bir hareketlinin son konumu ile ilk konumu arasındaki uzaklığa yer değiştirme denir.
Yer değiştirme = Son konum - İlk konumolur.

Konum ve yer değiştirme vektörel büyüklüklerdir.


K hareketlisinin yer değiştirmesini bulalım.
Son konum x2 = 4
İlk konum x1 = 0 olduğuna göre yer değiştirme son ve ilk konular arasındaki farktan
Dx = x2 – x1
Dx = 4 – 0 = + 4birim olur.




Cisim doğrusal olmayan bir yörüngede hareket etse bile yer değiştirmesi (Dx) son ve ilk konumu arasındaki fark kadar olur.

Yer değiştirme pozitif işaretli olursa, hareket pozitif kabul edilen yönde, yer değiştirme negatif işaretli olursa, hareket negatif kabul edilen yöndedir.


Birim zamandaki yer değiştirmeye hız denir.

Hız vektörel bir büyüklüktür.

Birimler


HAREKET ÇEŞİTLERİ
1. Düzgün Doğrusal Hareket
Bir doğru boyunca sabit hızla hareket eden cismin hareketine düzgün doğrusal hareket denir. Cisim hareketi esnasında, eşit zaman aralıklarında eşit uzunlukta yollar alır.




olarak da ifade edilebilir.



2. Düzgün Hızlanan Doğrusal Hareket
Bir doğru boyunca eşit zaman aralıklarında giderek artan yollar alır. Hareket düzgün hızlanan doğrusal hareket denir.



3. Düzgün Yavaşlayan Doğrusal Hareket
Bir doğru boyunca eşit zaman aralıklarında giderek azalan yollar alır. Cismin hareketine düzgün yavaşlayan doğrusal hareket denir.



II. KUVVET ve HAREKETİN BULUŞMASI
Vurulan topun hareket etmesi, geminin suda batmadan yüzebilmesi, çivilerin yanlarındaki mıknatısa doğru yönelmeleri, çekilen lastiğin esneyerek uzaması, bir balonun havada uçabilmesi, bir otomobilin hareket edebilmesi, plastik tarak yaklaştırılan saçın havalanması ve bunların yanında örneklendirilebilecek birçok olay, kuvvetin etkisi sonucu gerçekleşir.
Kuvvetler cisimler üzerinde itme, çekme, çarpma, kaldırma ve değişme gibi etkiler gerçekleştirir.

A. EYLEMSİZLİK
Kuvvetlerin cisimler üzerindeki etkisinin belirgin olarak izlenebileceği bir olay da eylemsizliktir. Bir cismin hareketini (durumunu) koruma eğilimi göstermesine cismin eylemsizliği denir.
Bir cisim üzerine etkiyen bileşke kuvvet sıfır ise cisim ya durur, ya da sabit hızla hareket etmeye devam eder.



Duran cismin üzerine etkiyen bileşke kuvvet sıfır ise cisim durmaya,



hareket halindeki cisim üzerine etkiyen bileşke kuvvet sıfır ise cisim hareketine devam eder.
Eylemsizlik olayını günlük yaşamımızın bazı anlarında gözlemleyebiliriz. Sabit hızla ilerlemekte olan otobüs içindeki öğrencilerin de (yere göre) hızı sabit ve otobüsün hızıyla eşittir. Sabit hızla giden otobüsün aniden fren yaparak yavaşladığını düşünelim.


Otobüsün içinde öğrenciler, eylemsizlik gereği hareketlerini korumak isteyecek ve hızla öne doğru savrulacaklardır. Bunun nedeni öğrencilere öne doğru etkiyen eylemsizlik kuvvetidir.
Araçlarda kullanılan emniyet kemerleri bu gibi durumlarda yolcuları kazalardan korur. Durgun haldeki araba içindeki çocuk da araba gibi yere göre) hareketsizdir. Araba aniden ileriye doğru hızlandığında, hareketsizliğini korumak isteyen çocuk adeta koltuğa yapışır. Onu koltuğa doğru iten kuvvet yine eylemsizlik kuvvetidir.
Her maddenin eylemsizliği vardır. Eylemsizlik, kütle ve hacim gibi maddelerin temel özelliklerinden biridir. Bir maddenin eylemsizliği kütlesi ile doğru orantılıdır. Kütlesi büyük olan maddenin eylemsizliği büyük, kütlesi küçük olan maddenin eylemsizliği küçük olur. Kütle, eylemsizliğin bir ölçümü olarak da değerlendirilir.
Günlük hayattaki bazı tecrübelerimizle cisimlerin eylemsizliklerini karşılaştırabiliriz.
Bir bardak üzerindeki karton parçasının üstüne bir bilyayı şekildeki gibi koyalım. Parmağımızla kartona vurarak ani bir kuvvet uyguladığımızda, kartonun ileri doğru giderken, üzerine eylemsizlik kuvveti etkiyen bilyenin bardağın içine düştüğü gözlenir.


Benzer şekilde üst üste dizili olarak masa üzerinde duran tahta bloklardan en alttakine bir çekiçle vurulduğunda üsttekiler dağılmadan sadece aşağı inerler. Bunun nedeni, eylemsizlikten dolayı durgun hallerini koruma eğilimi göstermeleridir.

Kuvvet ve Hız Değişimi Arasındaki İlişki
Bir cisme aynı anda birden fazla kuvvet etkiyebilir. Bu kuvvetlerin toplamlarının bileşke kuvvet olduğunu biliyoruz. Bir cisim üzerine etkiyen bileşke kuvvet net kuvvet olarak da adlandırılır.
Cisme etkiyen kuvvetin yönü, cismin kazanacağı veya kaybedeceği hızın büyüklüğünü etkiler.


Bir cisme etkiyen net kuvvetin, cismin hızında neden olduğu değişiklikler aşağıdaki gibi olur.




Bir cisme hareketi yönünde etkiyen net kuvvet, cismin hızını artırır. Cisim başlangıçta durgun halde ise cisme kendi doğrultusunda hız kazandırır.



Bir cisme hareketine zıt yönde etkiyen net kuvvet, cismin hızını azaltır, hatta cismi durdurabilir.




Sürtünmesi ihmal edilen yatay düzlemdeki bir cisme düşey doğrultuda şekildeki gibi etkiyen kuvvetlerin cismin hareketine etkisi olmaz. (Çünkü yüzey tepkisi kuvveti dengeler ve cisme etkiyen net kuvvet sıfır olur.) Duran cisim durmaya, giden cisim sabit hızla gitmeye devam eder.
Cisimlere etkiyen net kuvvetlerin büyüklükleri cisimlerin hızlanmalarını etkiler.




Bir cisme etkiyen kuvvet büyüdükçe cismin hız değişimi de büyür. Büyük kuvvetin etkidiği cisim daha çok hızlanır.



Kuvvet cisme harekete zıt yönde etkiyorsa büyük kuvvetin etkilediği cisim daha çok yavaşlar.
Birbiriyle etkileşen cisimler aralarında kuvvet etkileşimi bulunan cisimler birbiriyle temas edebilecekleri gibi aralarında belli bir mesafe de bulunabilir.

Kuvvet Kuvveti Dengeler
Yatay bir düzlem üzerinde durmakta olan cisim yere ağırlığı kadar bir kuvvet uygular. Yer de cisme ağırlığına ters yönde ve aynı büyüklükte bir tepki kuvveti uygulayarak cismi dengeler.

B. SÜRTÜNME KUVVETİ
Eylemsizlik ilkesine göre, cisimler bir etki olmadıkça duruyorlarsa durmaya, hareket halinde iseler sabit hızla ilerlemeye devam ederler.
Ancak günlük yaşamda olaya karışan dış etkiler nedeniyle bunun böyle olmadığı gözlenir. Örneğin yatay düzlemde yuvarlanan bir pinpon topu bir süre ilerledikten sonra yavaşlar ve durur.
Topun yavaşlamasının nedeni, top ile üzerinde hareket ettiği yüzey ve hava arasında bir sürtünme kuvveti olmasıdır.



Bir dağcı bisiklet sürerken veya tırmanırken sürtünme kuvveti uygulanır.




Çocuklar ve sporcuların daha hızlı hareket edebilmeleri için sürtünme kuvveti az olmalıdır. Dolayısıyla sürtünme kuvveti istenmez.
Sürtünme kuvvetini günlük yaşamda birçok yerde gözlemleyebiliriz. Bazen bu kuvvet bir gereksinim olurken, bazen de hiç arzu edilmez ve azalması için uğraşılır. Yürüyebilmemiz, yazı yazabilmemiz, içi su dolu bir bardağı elimizde tutabilmemiz gibi birçok hareket sürtünme kuvvetinin varlığı sonucu gerçekleşir. Yolların buz tutup kayganlaştığı günlerde arabaların lastiklerine zincir takılır ve sürtünme kuvveti artırılarak, arabanın kontrollü hareketi sağlanır. Sürtünmenin istenmediği durumlar da vardır. Bir arabanın motorundaki parçalar, araba çalışırken birbirine sürtünür. Bu sürtünmeyi en aza indirgemek için makine yağları kullanılır. Pürüzlü yüzeyler üzerinde bir cismi hareket ettirmek zordur. Cisme etkiyen sürtünme kuvvetini azaltmak için yer yüzeyi parlaklaştırılır, pürüzsüz hale getirilebilir. Birçok ağır cisim hareket ettirilirken yerle arasına silindirik veya küresel cisimler konularak sürtünme kuvveti azaltılır ve hareket daha kolaylaşır.
Cisimlerin hareketini zorlaştıran, hareket yönüne zıt yönde cisimlere etkiyen kuvvete sürtünme kuvveti denir. Sürtünme kuvveti Fs ile gösterilir.
Bir cismin hareket edebilmesi için cisme uygulanacak kuvvetin en az sürtünme kuvveti kadar olması gerekir. Bu durumda cisim (üzerine etkiyen kuvvet sıfır olacağından) kazandığı hız sabit kalarak şekilde hareket eder.

Sürtünme Kuvvetinin Özellikleri

1. Sürtünme kuvveti sürtünen yüzeylerin cinsine bağlıdır. Cisme etkiyen sürtünme kuvveti yüzeylerin cinsine göre değişir.
2. Sürtünme kuvveti (yatay düzlemde) cismin ağırlığıyla doğru orantılı değişir.
3. Sürtünme kuvveti sürtünen yüzeylerin büyüklüğüne bağlı değildir.
4. Sürtünme kuvveti daima harekete zıt yöndedir.
5. Sürtünme kuvvetinin hareket ettirici özelliği yoktur. Pasif kuvvettir, var olan hareketi önler.

Havanın Sürtünme Kuvveti (Hava Direnci)
Yerden belli bir yükseklikten serbest bırakılan cisimlere havanın sürtünme kuvveti etki eder.
Aynı yükseklikten serbest bırakılan bir metal bilye, plastik tarağa göre daha çabuk yere düşer. Bunun nedeni iki cisme etkiyen hava direncinin farklı olmasıdır.
Hava ortamında aynı yükseklikten serbest bırakılan biri açık ve diğeri buruşturulmuş iki kağıdın eşit zaman aralıklarındaki eş hareketleri şekildeki gibidir. Buruşturulmuş kâğıt parçasına etkiyen sürtünme kuvveti daha azdır. Bu nedenle yere açık kâğıda göre daha kısa sürede, daha hızlı düşer.
Atmosfer içindeki cisimlere (tüm akışkanlarda olduğu gibi) hava tarafından hareketine zıt yönde bir sürtünme kuvveti uygulanır.
İçinde hava bulunan bir cam fanusun üst kısmından bir yüzük ve kuş tüyü serbest bırakılıyor. Kuş tüyüne etkiyen sürtünme kuvveti daha büyük olduğundan yüzük daha çabuk düşer. (a)
Cam fanus vakum edilerek içindeki hava alındığı halde yüzük ve kuş tüyü serbest bırakıldığında iki maddeye de kaldırma kuvveti etkimez. Böylelikle ikisi de aynı şekilde ve aynı hızla düşerler. (b)



Havadaki cisimlere etkiyen sürtünme kuvveti;

1. Cismin şekline,
2. Cismin hızına,
3. Cismin harekete en büyük dik kesitine,
4. Havanın yoğunluğuna bağlıdır.

Adam, paraşüte etkiyen hava sürtünmesi yardımıyla yavaşça yere inebilir.

Paraşütlerin çalışma prensibi hava sürtünmesine dayanır.

Sürtünmesi ihmal edilen ortamda aynı yükseklikten serbest bırakılan bir fil ile bir yaprak aynı hızla aynı zamanda yere varırlar.