Nokta (Skaler) Çarpım

Transkript

1 Nokta (Skale) Çapım Statikte bazen iki doğu aasındaki açının, veya bi kuvvetin bi doğuya paalel ve dik bileşenleinin bulunması geeki. İki boyutlu poblemlede tigonometi ile çözülebili, ancak 3 boyutluda çözüm için vektö yöntemlei uygulanmalıdı. Skale çapım, iki vektöün çapımı için özel bi yöntemdi. ve B vektöleinin skale çapımı, Bşeklinde yazılı ve skale çapım B diye okunu. ve B nin büyüklüklei ile iki vektö aasındaki açının kosinüsünün çapımı olaak tanımlanı. B B cos θ 0 o θ 180 o 1

2 2 Bu çapıma skale çapım veya nokta çapım da deni. Bu işlemin kuallaı : Değişme özelliği (komütatiflik ) Skale ile çapım Dağılma kualı (distibutiflik) ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( D B D B ab B a B a B B + +

3 3 Katezyen vektö fomülasyonu B cosθ B Fomülünü kullanaak katezyen biim vektölein çapımını bulmak için kullanılabili. Öneğin: 0 ˆ ˆ 0 ˆ ˆ 1 ˆ ˆ 1 ˆ ˆ 0 (1)(1) cos 90 ˆ ˆ 1 (1)(1)cos0 ˆ ˆ j k k i k k j j j i i i o o

4 Uygulamala Skale çapımın mekanikte iki önemli uygulama alanı vadı: 1) İki vektö veya kesişen doğula aasındaki açı 4

5 Uygulamala 2) Bi vektöün bi doğuya paalel ve dik bileşenleinin bulunması: a : a-a doğultusundaki vektöünün bileşeni. nın izdüşümü de deni. a-a nın doğultusu u a biim vektöüyle belilenmişse, a vektöünün şiddeti skale çapımla bulunabili. a a u a ( u 1) ua cosθ cosθ u şeklinde bulunu. a a 5

6 6 vektöünün dik bileşeni:. ' sin cos ) cos ( bulunu den veya u u a a a a a + θ θ θ ÖRNEK 6 ekilde veilen F kuvvetinin B çubuğuna paalel ve dik bileşenleini bulunuz.

7 7

8 Noktasal Cismin Dengesi Bu bölümde; Kuvvetlei bieşenleine ayıma ve katezyen vektö şeklinde ifade etme yöntemlei noktasal cismin dengesini içeen poblemlein çözmede kullanılacaktı. Bölüm 3 8

9 Noktasal Cismin Dengesi Denge Koşulu: Bi maddesel noktaya etkiyen bütün kuvvetlein bileşkesi sıfısa maddesel nokta dengededi. Bi paçacık, başlangıçta haeketsizken halen duağan halde bulunuyosa veya başlangıçta haeketli iken halen sabit hıza sahipse dengededi. denge veya statik denge ifadesi çoğu zaman dumakta olan bi nesneyi tanımlamak için kullanılı. 9

10 Denge duumunu koumak için Newton un biinci haeket kanununu sağlamak geeklidi: bi paçacık üzeine etkiyen bileşke kuvvet sıfı ise, paçacık dengededi. F 0 Bu fomül denge için geekli koşul olmakla kalmayıp, aynı zamanda yeteli koşuldu. Bu duum Newton un ikinci haeket kanunu ile otaya konu. F ma ma 0 a 0 Paçacık sabit hızla haeket etmekte veya dumaktadı 10

11 Sebest Cisim Diyagamı Denge denklemini doğu uygulayabilmek için, paçacık üzeine etkiyen tüm bilinen ve bilinmeyen kuvvetlei hesaba katmak geeki. Bunun için paçacığı çevesinden soyutlanmış ve sebest olaak gösteen bi şema çizili. Paçacık üzeine etkiyen tüm kuvvetlei gösteen bu çizime sebest cisim diyagamı deni. Sebest cisim diyagamını çizeken kullanılan iki bağlantı tipi : Yayla İple ve makaala 11

12 Yayla Mesnet olaak linee elastik bi yay kullanılıyosa, yayın uzunluğu, üzeine etkiyen kuvvet ile doğu oantılı olaak değişi. Yaylaın elastikliğini tanımlayan : yay sabiti (k) F ks s l l 0 l 0 F 0.4 m k 500 N / m ks (500N / m)(0.6m l 0.6 m l 0.4m) 100N 0.2 m F ks (500N / m)(0.2m 0.4m) 100N 12

13 İple (Kablola) ve Makaala Tüm kablolaın ihmal edilebili bi ağılığa sahip ve uzayamaz olduğu kabul edilecekti. Kablola sadece çekme kuvveti taşıla ve bu kuvvet daima kablo doğultusunda etki ede. ekilde hehangi bi θ açısında, kablo uzunluğu boyunca sabit T geilmesi oluşmaktadı. 13

14 Sebest Cisim Diyagamı Çizme Yöntemi Öncelikle yapılması geeken; Uygun bi paçacık belilendikten sona buna etkiyen kuvvetlei gösteebileceğimiz sebest cisim diyagamını basit bi şekilde çizmekti. 14

15 1.adım: paçacık çevesinden soyutlanaak, sebest kaldığı düşünüleek genel hatlaıyla çizili. 2.adım: paçacık üzeine etkiyen bütün kuvvetle gösteili. Bu kuvvetle cismi haeket ettimeye çalışan aktif kuvvetle ve/veya haeketi önleme eğilimi olan kısıtlamala ve mesnetlein neden olduğu tepki (eaktif) kuvvetlei di. 3.adım: bilinen kuvvetle uygun büyüklük (şiddet) ve doğultulala (yön) işaetlenmelidi. Bilinmeyen kuvvetlein şiddet ve yönü ise hafle gösteili. Bi kuvvetin etki çizgisi biliniyo, ancak yönü ve şiddeti bilinmiyosa, kuvvet yönünü tanımlayan ok ucu vasayıma göe seçili. Doğu yön şiddet bulunduktan sona işaetleni. Tanım geeği şiddet daima pozitifti, çözüm negatif bi skale veise eksi işaeti kuvvetin ucunun veya yönünün başta vasayılanın tesi yönde olduğunu göstei. 15

16 Önek 7 C noktasının sebest cisim diyagamını çiziniz. 16

17 Düzlemsel Kuvvet Sistemlei F 0 F x 0 ˆ F + xi F y F 0 y ˆj 0 x-y düzleminde bulunan kuvvetlein dengede olması için vektöel toplamın sıfı olması geeki. Bu vektöel denklemin sıfıa eşit olması için x ve y bileşenlei sıfıa eşit olmalıdı. Bu iki denklem en çok iki bilinmeyen kuvvetin bulunması için kulanılı. Denklemlede kuvvetlein yönlei de dikkate alınmalıdı. 17

18 Skale gösteim Bileşenlein gösteiminde skale notasyon kullanılacaktı. He bi bileşenin yönü sebest cisim diyagamında bileşenin ok yönüne kaşı gelen bi cebisel işaet ile ifade edili. Bi kuvvet bileşeninin işaeti bilinmiyosa, alınan yön pozitif olu, çözüm negatif çıkasa kuvvet yönünün tes olduğu anlaşılı. Öneğin, F x 0 + F F 10N 18

19 Önek 8 D silindii 60 kg dı. B ve BC kablolaında oluşan çekme kuvvetleini bulunuz. 19

20 20

21 Önek 9 8 kg lık lambanın şekildeki gibi taşınabilmesi için C kablosunun uzunluğu ne olmalıdı? l B 0.4 m (defome olmamış boy) 21

22 22

23 Ödev 7 W ekilde gösteilen kablolada 0.5 kn un üzeinde çekme kuvveti oluşmaması için asılı olan kovanın ağılığını (W) bulunuz. 23

24 Üç Boyutlu Kuvvet Sistemlei Paçacık dengesinin sağlanması için: Paçacık üzeine etkiyen kuvvetle i, j, k bileşenleine ayılısa: Bu denklemle, paçacığa etkiyen x, y, z kuvvet bileşenleinin cebisel toplamlaını göstemektedi, 0 dı. Bu denklemle ile en fazla 3 bilinmeyen kuvvet bulunabili. 24

25 Önek N luk sandığı taşımak için kullanılan kablolada oluşan kuvvetlei bulunuz. 25

26 26

27 Kuvvet Sistemlei Bi kuvvetin bi nokta veya eksene göe momentinin bulunması Bi noktadan geçmeyen kuvvet sistemleinin bileşkeleinin bulunması Kuvvet çiftinin oluştuduğu momentin bulunması İki ve üç boyutlu kuvvetle için moment hesaplanması Moment bi cismi döndümeye çalışı, denge ise cismin dönmemesini geektii. Bi cisme bi kuvvet uygulandığında, cismi etki çizgisinin dışında bi nokta etafında döndümeye çalışı. Bu döndüme eğilimine tok veya daha sık kullanıldığı şekliyle moment deni. 27

28 Bi kuvvetin momenti Bi kuvvetin bi noktaya veya bi eksene göe momenti (M), kuvvetin cismi o nokta veya eksen etafında döndüme eğiliminin bi ölçüsünü göstei. M 0 F. d Momentin şiddeti, F kuvvetinin şiddeti ile oantılıdı ve F kuvvetine dik olan moment kolu d ile oantılıdı. (b) de moment kolu daha kısa! d dsinθ (d <d) (c) de θ0 d 0 M0 28

29 Moment daima F ve d yi içeen düzleme dik bi eksen etafında etkimektedi. Ve bu eksen düzlemi, O noktasında kesmektedi. iddeti M 0 F. d olan momentin doğultusu sağ el kualı kullanılaak belileni. 29

30 Bileşke Moment Bi kuvvet sistemi x-y düzleminde ye alısa, he bi kuvvetin O noktasına göe momenti z ekseni yönünde olacaktı. Sistemin bileşke momenti, bütün kuvvetlein momentleinin cebisel toplamı alınaak bulunabili, çünkü bütün moment vektölei aynı doğultudadı. Moment saatin tesi yönündeyse (+), saat yönündeyse (-) Sağ el kualına göe baş pamak sayfa düzleminin dışına doğu (+z ekseni) ise (+), içine (-z ekseni) doğuysa (-) 30

31 Önek 11 31

32 Önek 12 Etkiyen döt kuvvetin O noktasında oluştuduğu bileşke momentin değeini bulunuz. Pozitif moment yönü, +k yönünde, yani saatin tesi yönünde olduğu kabulü ile: 32

33 F kuvveti he zaman dönme etkisi yaatmayabili. F kuvveti noktasında M F.d momenti kada döndümeye çalışıyo, ancak geçek döndüme etkisi B mesnetinin kaldıılması halinde oluşu. Çiviyi çıkamak için F H kuvvetinin O noktasında yaatmış olduğu momentin, F N çivi kuvvetinin yaatmış olduğu momentten büyük olması geeki. 33

34 Vektöel çapım (çapaz çapım) Bi kuvvetin momenti, katezyen vektöle kullanılaak ifade edilebili. Bundan önce vektö çapımında kullanılacak olan çapaz çapıma bakalım. ve B vektöleinin vektöel (çapaz) çapımı sonucu C vektöü elde edili. C B C vektöünün şiddeti de şu şekilde bulunabili: C Bsinθ 34

35 YÖN: C vektöünün yönü, ve B vektöleinin bulunduğu düzleme dikti. Sağ el kualı ile belileni. C vektöünün yönü, u c biim vektöüyle kaakteize edilebili. Pamaklaımızı dan B ye doğu kıvıdığımızda başpamağımızın göstediği yön C vektöünün yönünü göstei. C B ( Bsinθ ) u c 35

36 Vektö çapım kuallaı asosiyatif özellik he duumda şiddet aynı doğultu aynı Distibutif özellik 36

37 Katezyen vektö fomülasyonu Katezyen biim vektöleinin çapaz çapımlaını bulmak için: ve B vektöleinin vektöel çapımı : Bu teimle düzenlenise : 37

38 Katezyen vektö fomülasyonu Vektöel çapım, deteminant fomunda da ifade edilebili. Bu deteminant (3 satı ve 3 kolona sahip) üç minö kullanılaak hesaplanı. Deteminant hesabı için minölein bulunması Bu üç bileşen toplanı ve deteminant bulunu : 38

39 Bi kuvvetin momenti: Vektö fomülasyonu Bi kuvvetin bi noktaya göe momenti M 0 F O noktasında F kuvvetinin etki çizgisinin hehangi bi yeine olan pozisyon vektöü Vektöel çapım ile belilenen moment doğu şiddet ve doğu yöne sahip olacaktı. 39

40 iddet M F M F sinθ F( sin ) 0 0 θ Fd θ ve F vektölei aasındaki açı d dik mesafe Yön Sağ el kualına göe momentin yönü belileni. 40

41 M 0 Taşınabililik (Tansmisibilite) ilkesi F F F Vektöel çapım işlemi, üç boyutlu poblemlede sıklıkla kullanılı. Çünkü kuvvetin etki çizgisinden O noktasına olan dik mesafeyi bulmaya geek yoktu. O noktasından F kuvvetinin etki çizgisinin hehangi bi yeine ölçülen vektöü moment hesabı için kullanılabili. F kuvveti etki çizgisinin hehangi bi yeine etkiyebili, ve O noktasında aynı moment etksini yaatı. 41

42 Momentin katezyen vektö fomülasyonuna göe bulunması + + Konum vektöü bileşenlei Kuvvet vektöü bileşenlei 42

43 Bi kuvvet sisteminin bileşke momenti M F Bi kuvvet sisteminin O noktasına göe bileşke momenti şöyle bulunu: 0 i i i 43

44 Önek 13 O noktasında oluşan moment değeini ve yönünü bulunuz. 44

45 45