Fizik – Newton’ un Hareket Kanunları – Konu Anlatım

Devinime neden olan neden olan etkiler insanları uzun süre ilgilendirmiş  ve bu konuda Galileo ve Newton zamana dek pek başarılı sonuçlar elde  edilmemişti. Galileo’dan önce filozoflar, bir cismi devindirebilmek için  kesinlikle bir etkinin, yani bir kuvvetin gerektiğini ileri sürmemişler  ve <<olağan>> halde bir cismin durması gerektiğine  inanmamışlardı.
Gerçekten bir düzlem üzerinde bir cisim  kaydırılmak istenirse, cismin kısa bir süre gittikten sonra yavaşlayıp  durduğu gözlenir. Bu gözlem dış bir kuvvet olamadığı sürece kaymanın  olmadığı düşüncesini destekler. Galileo yaptığı deneylerde bu inancın  gerçek olmadığını gösterdi. Eğer cisim ve onun üzerinde durduğu düzlen  pürüzsüz hale getirilirse ve cisim yağlanırsa, cismin hızının daha yavaş  azaldığı ve cismin daha ileride durduğu gözlenir. Buna göre, cismin  kayması yavaşlatıcı, yani bütün sürtünmeler, ortadan kaldırılırsa,  cismin değişmez bir hızla yoluna bir doğru boyunca sonsuza değin devam  sonucu çıkar. Galileo’nun vardığı sonuç bu idi. Ona göre, bu cismin  hızını değiştirmek için bir dış kuvvet gerekir; ama belli bir hızda  giden cismin hızını koruyabilmesi için bir kuvvete gerek yoktur. Mesela  bir sandığı bir düzlemde ittiğimiz durum için, ellimizin verdiği itme  sandığa bir hız kazandırır, fakat düzlem sandığa bir kuvvet uygulayarak  onu yavaşlatır ve durdurur. Her iki kuvvette hızda bir değişim, yani bir  ivme oluşturur. İşte Galileo’nun bulduğu bu gerçeği, Galileo’nun öldüğü  gün doğan Isaac Newton bir evrensel yasa olarak 1686 da yazdığı  Princiria Matematika Philosoph Naturalis adlı kitabında ortaya koydu.
NEWTON’UN  BİRİNCİ HAREKET KANUNU (EYLEMSİZLİK PRENSİBİ)
Herhangi bir  cisim üzerine bir kuvvet etki etmiyorsa, yada etki eden kuvvetlerin  bileşkesi sıfırsa, cisim durumunu değiştirmez; yani duruyorsa durur,  deviniyorsa yani hareket ediyorsa, devinimini bir doğru boyun devam  ettirir.
a) Duran bir cisme bir kuvvet etki etmedikçe  cisim yine hareketsiz kalır. Bir cisme etki eden kuvvetlerin bileşkesi  sıfır (R=0) ise, cisim o anki durumunu korur.
Bir cisim için net  kuvvet 0 ise a = 0 olur.
b) Hareketli bir cisme bir  kuvvet etki etmezse, cismin hızı ve yönü değişmez. Cisim hareket  ediyorsa düzgün doğrusal yani sabit hızlı olarak hareketine devam eder.
Dışarıdan  uygulanan bir kuvvetin etkisinde olmayan bir cismin durgun halde kalır  yani hareketsiz olur yada sabit bir hızla hareket eder. Hızın sabit  olması doğal olarak ivmenin sıfır olmasını gerektirir.
Newton’un  bu birinci yasası gözlem çerçevelerini de tanımlar. Çünkü genel olarak  bir cismin ivmesi, yani hızındaki değişim belli bir gözlem çerçevesine  göre ölçülür. Birinci yasaya göre cismin çevresinde başka bir cisim  yoksa, yani bir cisme belli bir kuvvet etki etmiyorsa, öyle gözlem  çevreleri bulabiliriz ki, cismin bu çerçevelerde ivmesi olmasın.  Cisimlerin üzerine etki eden kuvvetlerin olmaması durumunda cimlerin  durumlarını koruması maddenin bir özelliği olarak alınır ve buna  eylemsizlik denir. Newton’un birinci yasasına da çoğu kez eylemsizlik  yasası denir ve bunun geçerli olduğu gözlem çerçevelerine eylemsizlik  gözlem çerçeveleri denir. Bu çerçeveler durağan yıldızlara göre duran  yada düzgün değişmez bir hızla giden gözlem çerçeveleridir.
Newton’un  birinci yasasında görüldüğü gibi, bir cismin durması veya değişmez bir  hızla gitmesi arasında fark yoktur. Buna göre, bir eylemsiz çerçevede  durduğu gözlenen bir cisim, başka bir çerçeveden bakılınca değişmez bir  hızla gider görünür. Her iki çerçeveye göre de cismin bir hızı yoktur.  Her iki çerçeveye göre de hız değişmez. Buna göre her iki çerçevedeki  gözleyici de cismin üzerine bir kuvvet etkidiği yada, etki eden  kuvvetlerin bileşkesinin sıfır olduğu bulunur.
NEWTON’UN  İKİNCİ HAREKET KANUNU
Birinci yasadan biliyoruz ki, kuvvet  olmadığında cismin hızında bir değişim, yani ivme söz konusu değildir. O  halde kuvvet olduğunda, bir ivme yani bir hız değişimi olmalıdır.  Kuvvet ile ivme arasındaki bağlantıyı bulabilmek için, önce aynı bir  cisme değişik şiddet ve doğrultuda kuvvet uygulanıp F ve a ölçülürse,  sonrada farklı cisimlerle aynı ölçmeler yapılırsa şu sonuçlar elde  edilir:
1) Bütün durumlarda ivmenin doğrultusu kuvvetin  doğrultusu yönünle aynıdır.Bu sonuç, cisim başlangıçta durgunda olsa,  herhangi bir hızla belli doğrultuda gitse de doğrudur.
2)  Belli bir cisim için kuvvetin şiddetinin, ivmenin oranı değişmez  kalmaktadır.
F/a=sabit
F = m . a eşitliğinde  görüldüğü gibi kütle, uygulanan kuvvete karşı cismin kazanacağı ivmeye  karşı koyan bir nicelik olarak ortaya çıkmaktadır. Yani, aynı bir  kuvvetle kütlesi küçük olan bir cisim daha büyük bir ivme, kütlesi büyük  olan bir cisim ise daha küçük bir ivme kazanır. Sözgelimi duran yada  hiç değişmeyen bir hızla giden otomobilin (~ 1500 kg) hızında, saniyede 5  m/s lik bir hız değişimi sağlayabilmek için 7500 N luk bir kuvvet  gerekirken, aynı hız değişimini bir kamyonda (~2000 kg) sağlayabilmek  için 2500 N luk bir kuvvet gerekir. Bu yönüyle kütle, devinime karşı  koyan bir niceliktir; başka bir deyimle, ötelenme devinimindeki değişime  karşı koyar.Bu açıdan kütleye, öteleme eylemsizliği de denir.
Newton’un  ikinci yasası olarak bilinen F = m . a  eşitliği  vektörel bir eşitliktir. Bir cisme aynı anda çeşitli doğrultularda,  çeşitli büyüklüklerde bir çok kuvvet etki ettiğinden, cisim bunların  bileşkesi yönünde bir ivme kazanır.
Devinim tek boyutta ise bu  durumda kuvvetler de tek doğrultuda olacağından, kuvvetlerin  büyüklüklerinin cebirsel toplamının kütleye oranı, ivmenin değerini  verir. Devini iki boyutta ise bu durumda kuvvetler x,y bileşenleri  bulunur., bunların cebirsel toplamının kütleye bölümü o yöndeki ivme  bileşenini büyüklüğünü verir.
  • İvme uygulanan kuvvetle doğru  orantılıdır ve kuvvet yönündedir.
  • Cismin momentumunda zamana  göre değişiminin oranı, cisme etkiyen kuvvetle doğru orantılıdır.
NEWTON’UN  ÜÇÜNCÜ HAREKET KANUNU (ETKİ-TEPKİ PRENSİBİ)
Günlük  yaşantımızda bir cisme bir kuvvet uygulanması söz konusu olduğunda, onun  herhangi bir yolla itilmesi yada çekilmesi aklımıza gelir.
Sözgelimi  asılı bir mıknatıs çubuğunu yaklaştırdığımızda aynı adlı kutuplar karşı  karşıya geldiğinde, asılı mıknatısın bizde uzaklaşacak yönde gittiğini;  ters adlı kutupların karşı karşıya gelmesi durumunda asılı olan  mıknatısın bize doğru geldiğini görürüz.
Her iki durum için  elimizdeki mıknatısın, asılı olan mıknatısa bir kuvvet uyguladığını ve  bunun sonucu olarak asılı mıknatısın devinime başladığı söyleriz. Bunun  yanında, elimizde tuttuğumuz mıknatısın da, diğer mıknatısa  yaklaştırılırken çekilip ittiğini hissederiz.
Doğadaki bütün  gerçek kuvvetler çevreyle etkileşme sonucu çıkarlar.  Bir cisim diğer  bir cisme bir kuvvet etki ettirdiğinde, diğer cisim de bu cisme bir  kuvvet etkiler. Buna ek olarak bu kuvvetlerin değerleri eş kuvvetleri  zıttır. Bu durumda, yalıtılmış tek bir kuvvetten söz edilemez. İki cisim  arasındaki etkileşime de bu kuvvetlerden birine «etki» diğerine «tepki»  kuvveti denir. Başka bir deyimle,kuvvetlerden birisi «etki»  olarak alınırsa, diğeri birinciye karşı «tepki» olarak alınır.
  • Herhangi  bir etkiye karşı her zaman bir tepki vardır; yada iki cismin karşılıklı  etkisi daima eşit fakat zıt özelliklidir.
  • İki cisim arasında  oluşan etkileşmede F kuvveti, ikincinin birinciye etkidiği F kuvvetine  eşit fakat zıt yönlüdür.

Yorum Bırak...