Newton'un Hareket Yasaları
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 cisimyağlanırsa, 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.
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 cisimyağlanırsa, 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.
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.
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.
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.
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder