Enerji ve Sürtünme Kuvveti

Transkript

1 Enerji ve Sürtünme Kuvveti Anahtar Kavram sürtünme kuvveti Ayşegül, büyük bir buzdolabının arkasına kitabını düşürdü. Buzdolabını hareket ettirerek kitabını almaya çalışıyor fakat bunu tek başına başaramayacağı için kardeşi Ahmet de ona yardım ediyor. Anneleri onlar görerek yanlar na geliyor. Yapt klar n n yanl fl oldu unu, bu gibi ifller için büyüklerinden yard m almalar gerekti ini söylüyor. Annelerinin de yard m yla buzdolab n biraz geriye çekip kitab almay baflar yorlar. Ayflegül ve Ahmet in uygulad klar kuvvet buzdolab n hareket ettiremedi? Bu olayda oldu u gibi birbiriyle temasta olan yüzeyler aras ndaki sürtünme kuvvetinin ne oldu unu ve nas l meydana geldi ini biliyor musunuz? Sıranızın üzerine bir madenî para koyunuz ve ona parmağınızla bir itme kuvveti uygulayınız. Para, uyguladığınız itme kuvvetine bağlı olarak belli bir mesafe boyunca yavaşlayarak hareket edecek ve bir süre sonra duracaktır. Sizce, parayı hangi kuvvet durdurmuştur? Parayı aynı kuvvetle buz üzerinde itseydiniz para yine aynı noktada mı dururdu? Hareket eden bir cisim, baz kuvvetlerin etkisiyle yavafllar ya da durabilir. Cisimlerin hareketini yavafllatan bu kuvvetlerden biri, cisimleri her zaman Dünya n n merkezine çeken yer çekimi, di eri de sürtünme kuvvetidir. Sürtünme kuvveti, birbirine temas eden iki madddenin harekete karfl gösterdi i dirençten do an bir kuvvettir. Bir bisiklet kullandığımızı düşünelim. Bu bisikleti durdurmak istediğimizde, yandaki flekilde görüldü ü gibi direksiyon kolundaki bir çeşit kaldıraç olan fren kolunu sıkarız. Bunun sonucunda tekerlek her iki yandaki fren lastiklerine sürtünür. Bisiklet önce yavaşlar, sonra da durur. Arabalarda da yavaşlamak ya da durmak için bisikletlerde olduğu gibi sürtünmeden yararlan lır. Tekerlek, bisikletlerde fren lastiğine, arabalarda ise fren balatasına sürtünerek sürtünme kuvveti denilen bir kuvvetin oluşmasın sa lar. 92

2 Bundan yaklafl k iki yüz bin y l önce insano lu do ay anlamakla kalmam fl onu kontrol etmeye de bafllam flt r. Tahtalar ve çakmak tafllar n birbirine sürterek atefl yakm fl, buzun kayganl ndan yararlanarak k zaklarla seyahat etmifltir. Peki, sürtünme kuvveti, hareketi her zaman engeller mi? Yandaki foto rafta görülen atlet, koşuya daha hızlı başlayabilmek için bir hızlanma bloğu kullanıyor. Yürüdüğümüzde ya da koştuğumuzda ayaklarımızla yer arasında bir sürtünme kuvveti oluflur. Oluflan bu sürtünme kuvveti bizim ileri do ru hareket etmemizi kolaylaflt r r. Hiç buzda yürüdünüz mü ya da eliniz yağlıyken bir kavanoz kapağını açmaya çalıştınız mı? Çevremizdeki birçok hareketin sürtünme kuvveti sayesinde gerçekleştiğini fark ettiniz mi? Günlük işlerimizde birçok makine kullanırız. Bu makineler iş yaparken enerji harcar. Örneğin, otomobil benzinle, buzdolabı elektrik enerjisiyle çalışır. Fakat bir makine, kullandığı enerjinin hepsini işe çevirmez, bir kısmını kaybeder. Sizce, makinelerdeki enerji kaybının sebepleri nelerdir? Avuç içlerinizi birbirine hızla sürttüğünüzde hissettiğiniz sıcaklık, bu sorunun cevabıyla ilgilidir. Sürtünen bütün cisimler aras nda bir enerji türü olan s aç a ç kar. Ayn zamanda afla daki foto rafta görüldü ü gibi sürtünme, fl k ve ses enerjilerinin oluflmalar na da neden olabilir. Dönüşen bu enerjiler sürtünme kuvvetinin büyüklüğüne göre az veya çok hissedilir. Sal ncakta sallan rken potansiyel enerji kinetik enerjiye, kinetik enerji potansiyel enerjiye dönüflür. Ancak bu durum sonsuza kadar devam etmez. Daha önce enerjinin yok olmayacağını öğrenmiştik. Peki, öyleyse; Salıncak bir müddet sonra neden durur? Hareketin devam etmesi için salıncağı neden itmek zorunda kalırız? Belli bir yükseklikten bıraktığımız lastik top, yerden z plad ktan sonra neden her seferinde aynı yüksekliğe çıkmaz? 93

3 9. Etkinlik Gözlemleyelim, nceleyelim Kinetik Enerjideki Azalma Bunlar Yapal m Farklı zeminlerin, araçların kinetik enerjisindeki azalmaya etkisini araştırmak istiyoruz. Bunun için bir oyuncak arabayı farklı zeminlere aynı hızla göndermemiz gerekiyor. Sizce, oyuncak arabamızı farklı zeminlere aynı süratle gönderebilmek için, verilen araç ve gereçlerle nasıl bir düzenek hazırlamalıyız? Oyuncak arabanın farklı zeminlerdeki kinetik enerjisinde meydana gelen azalmayı tahmin edelim. Oyuncak arabamızı, kurduğumuz düzeneğin yardımı ile toprak, mermer, halı gibi zeminlere göndererek bu zeminlerdeki ilerleme mesafesini kaydedelim. Aşağıdaki gibi bir çizelgeyi defterimize çizerek dolduralım. Araç-Gereçler Araç ve Gereçler ince bir tahta levha iki ya da üç adet ansiklopedi oyuncak araba metre Zemin Türü Mermer Toprak Halı Araç Zeminde Ne Kadar lerledi? Sonuca Varalım Oyuncak arabanın farklı zeminlerde farklı mesafelere gitmesini nasıl yorumlarsınız? Oyuncak arabayı, farklı zeminlere neden aynı süratle gönderdik? Farklı süratle gönderseydik deneyimiz bundan nasıl etkilenirdi? Sürtünme kuvveti hangi yüzeylerde en fazladır? Sürtünme kuvveti ile kinetik enerjideki azalma arasında nasıl bir ilişki vardır? Hal zemindeki araba Mermer zemindeki araba s. Birbirine sürtünen bütün cisimler enerji kaybeder. Yani enerjilerinin bir kısmını kullanamayacakları biçime dönüştürür. Sizce cisimlerin genellikle kullanamad bu enerji nedir? Sürtünme ne kadar küçük olursa enerji kaybı da o kadar az olur. diyebilir miyiz? Yandaki resimde görüldü ü gibi, düz yolda hareket ederken motoru duran bir otomobil, sürtünme yüzünden önce giderek yavaşlayacak, bir süre sonra da duracaktır. Çünkü otomobilin kinetik enerjisi, sürtünme sonucunda ısı enerjisine dönüşmüştür. Bir enerji, kullanıldığında bir ya da daha fazla biçime dönüşebilir. Bu dönüşümde başlangıçtaki toplam enerji miktarı ile dönüşümden sonraki toplam enerji miktarı birbirine daima eşittir. Bununla birlikte, enerji bir biçimden başka bir biçime dönüşürken bu enerjinin bir kısmı da sürtünme sebebiyle ısıya, bazen de ışık ve ses enerjisine dönüşür. 94

4 Enerji ve Sürtünme Kuvveti Kuvvet ve Hareket Gemilerin burunlar bir e ik düzlem gibi çal fl r. Gemi, bu sayede suyu yararak daha rahat bir biçimde ilerler. Belli bir yükseklikten bırakılan lastik top, yere çarptıktan sonra her defasında aynı yüksekliğe sıçramaz. Çünkü top, her düşüş ve sıçrayışta hem yer hem de hava ile sürtünmekte ve enerji kaybetmektedir. Bir başka deyişle yerin sürtünme ve havanın direnç kuvveti topun hızını kesmektedir. Yapılan hassas ölçümler, havanın direnç ve yerin sürtünme kuvveti sebebiyle topun ısındığını göstermiştir. Topun her defasında aynı yüksekliğe sıçramamasının sebebi enerjinin azalması değil, enerji dönüşümüdür. Su da hava gibi cisimlerin hareketini zorlaflt r c bir direnç kuvvetine sebep olur. Bunu azaltmak için gemilerin ön k s mlar V fleklinde tasarlan r. Hayatımızın her alanında karşımıza çıkan sürtünme, işlerimizi kimi zaman kolaylaştırırken kimi zaman da zorlaflt rmaktad r. Ayağımız ile yer arasındaki sürtünme sayesinde rahatça yürüyebilmekte, ağaçlara tırmanabilmekte ve engebeleri aşabilmekteyiz. Ulaşım araçlarıyla güvenli bir şekilde yolculuk yapmamız da sürtünme sayesinde gerçekleşmektedir. Tekerleklerin yolu kavraması, frene basıldığında arabanın durması da sürtünmenin faydalar arasındadır. Çevremizi dikkatle incelersek her yerde sürtünmenin etkisini görebiliriz. Dağcılar tırmanırken sürtünme kuvvetinden yararlan r. Yazı yazmak için sürtünme kuvvetinden faydalan r z. Paraşütçüler sürtünme kuvveti sayesinde sabit süratle yere inebilmektedirler s. Sürtünmenin yukarıda sıraladığımız faydalarının yanı sıra işlerimizi zorlaştıran ve enerji kayb na yol açan olumsuz yönleri de vardır. Yukarıda da açıkladığımız gibi, tekerleklerin yolu kavraması ve balatalar sayesinde arabaların durdurulabilmesi sürtünmenin faydalarındandır. Ancak bu durum, maddi kayıplara yol açmaktadır. Çünkü tekerlekler ve bunları durdurmaya yarayan balatalar, sürtünme sebebiyle zamanla aşınır. Asfaltların, makine parçalarının, elbiselerimizin ve koltuk döşemelerinin aşınması, sürtünmenin diğer olumsuzlukları olarak sıralanabilir. Araflt ral m, Haz rlanal m Yandaki foto rafta, 1972 y l nda uzay seyahatinden dönmüfl olan Apollo 17 adl uzay arac görülmektedir. Bu uzay arac n n yüzeyinin, atmosfere girerken meydana gelen sürtünmeden dolay afl narak kararm fl oldu u dikkatinizi çekti mi? Uzay araçlar n n sürtünme sebebiyle yanmalar n engellemek amac yla hangi tedbirler al nmaktad r? 95

5 s. Yolcu veya yük taşımak için kullanılan bütün araçlar (hava, kara ve deniz taşıtları) amaca uygun gövde tasarımıyla üretilir. Bu tasar mlar yap l rken do adaki baz canl lardan da esinlenilir. Bunlar n bazılarını afla daki foto raflarda görebiliriz. Sürücüler, bisiklet yarışlarında, hava direncini azaltmak ve verimliliği artırmak için özel tasarlanmış bisiklet ve kask kullanırlar. Duruşlarını da ona göre ayarlarlar. Canlıların aerodinamik görünümleri, günümüzde üretilen birçok aracın tasarımına örnek teşkil etmiştir. Hızları ve yükseklikleri aynı olan bu uçaklardan hangisi daha az hava direnci ile karşılaşır? Sürtünme kuvvetine hangi durumlarda az, hangi durumlarda çok ihtiyaç duyduğumuzu sürtünmenin olumlu ve olumsuz etkilerini dikkate alarak araştıral m. Kendimizi De erlendirelim Aşağıdaki soruların cevaplar n defterimize yazal m. 1. Karl günlerde araba tekerleklerine neden zincir tak l r? Aç klayal m. 2. Cam bir kavanozun kapağını sıkıca kapatal m. Ellerimizi sabunlayalım ve durulamadan bu kavanozun kapağını açmaya çalışal m. Nas l bir sorun ile karfl lafl r z? Niçin? Aç klayal m. 96