Mekanik Deneyleri I ÜNİTE. Amaçlar. İçindekiler. Yazar Prof.Dr. Ertuğrul YÖRÜKOĞULLARI

Transkript

1 Mekanik Deneyleri I Yazar Prof.Dr. Ertuğrul YÖRÜKOĞULLARI ÜNİTE 5 Amaçlar Bu üniteyi çalıştıktan sonra; hareket, kuvvet ve kuvvetlerin bileşkesi, sürtünme kuvveti, Newton'un II. hareket yasası, serbest düşme ve yerçekimi ivmesi, ile ilgili deneyleri göreceksiniz. İçindekiler Giriş 49 Hareket Deneyleri 49 Özet 55 Değerlendirme Soruları 55 Yararlanılan ve Başvurulabilecek Kaynaklar 56

2 Çalışma Önerileri Bu üniteyi çalışmadan önce deneylerle ilgili kavramları gözden geçiriniz. Deneylerde kullanılan araç ve gereçleri temin ediniz. ANADOLU ÜNİ VERSİ TESİ

3 MEKANİ K DENEYLERİ I Giriş Cisimlerin hareketini inceleyen mekanik, fiziğin en eski dallarından birisidir. Cismin hareketini, harekete neden olan kuvveti gözönüne almadan inceleyen mekaniğin dalı kinematik, kuvveti gözönüne alarak inceleyen dalı ise dinamik olarak adlandırılır. Bu ünitede önce cisimlerin hareketini kinematik, daha sonra da dinamik olarak inceleyen deneyler yapılacaktır. Bu deneyler 6, 7 ve 8. sınıf Fen Bilgisi Ders kitabına paralel olarak hazırlanmış olup, M.E.B. Ders Aletleri Yapım Merkez'i tarafından üretimi yapılan araç ve gereçlerle gerçekleştirilmiştir. 2. Hareket Deneyleri 2.1. Yerdeğiştirme ve Hız Deney 1: Yerdeğiştirme ve Hız Deneyin Amacı: Yerdeğiştiren bir cismin yerdeğiştirme vektörünün ve hızının bulunması. Deneyle İlgili Temel Kavramlar: Yerdeğiştirme, hız, yörünge ve konum. Deneyde Kullanılan Araç ve Gereçler: Metre ve kronometre (veya kronometreli saat) Deneyin Yapılışı: Sınıfınızın boyunu ölçünüz. Daha sonra sınıfınız boyunca aynı adımlarla yürüyerek, yürüdüğünüz süreyi kronometre veya saatiniz yardımıyla tayin ediniz. Aynı işlemi en az beş defa tekrarlayarak aşağıdaki tabloya yerleştiriniz. Deney No Yol Zaman Hız Yapılacak İşlemler, Hesaplar ve Sonuçlar: a. Yerdeğiştirme vektörlerini çiziniz. b. Her deney için hızınızı hesaplayınız. c. Hızınızı (m/s veya km/h) olarak ifade ediniz. d. Sınıfınızın yarısına kadar hızlı, yarısından sonraki kısmını daha yavaş yürüyerek geçen zaman ve yolları yukarıdaki tabloya benzer bir tablo hazırlayarak buraya kaydediniz. AÇIKÖĞ RETİ M FAKÜLTESİ

4 50 MEKANİ K DENEYLERİ I e. Ortalama hızınızı hesaplayarak tabloda belirtilen yere yazınız. f. Sınıfınızda yaptığınız bu ölçümleri okulunuzun bahçesinde öğrencilerinize de yaptırınız. Hareket hızına göre sınıflandıralabilir. Buna göre, sabit hızlı ve değişen hızlı harekete örnekler veriniz.? Hareket yörüngesine göre de sınıflandırılabilir. Çevrenizde gördüğünüz hareketleri inceleyerek, yörüngeleri doğrusal ve eğrisel olan hareketlere örnekler veriniz. Bir otomobilin hızı hangi aletle ölçülür? Bu aletin çalışma ilkesi nasıldır? Araştırınız? 2.2. Kuvvet ve Hareket Deneyleri Deney 2: Kuvvet ve Kuvvetin Ölçümü Deneyin Amacı: Kuvvetin şekil ve hız değiştirme etkisinin incelenmesi. Deneyle İlgili Temel Kavramlar: Kuvvet, kütle, ağırlık, bileşke dinamometre ve sürtünme kuvveti. Deneyde Kullanılan Araç ve Gereçler: Dinamometre (2 adet, 400 g), tartı takımı, cam bilye (2 adet), demir çubuk (2 adet), üç ayak (1 adet), metre (1 adet).! Deneyin Yapılışı: Şekil 5.1'de görülen düzeneği kurunuz ve dinamometrenin uçlarına 10, 50, 100 g'lık tartıları asarak dinamometrenin yayındaki uzamayı gözleyiniz. 200 g kütleli bir takozu dinamometrenin ucuna asarak okuduğunuz değeri kaydediniz. Deneylerden önce dinamometrenin 1 Newton (N) ölçebilecek şekilde ayarı gerekir. Bu amaçla 6. sınıf Fen Bilgisi ders kitabına bakınız. ANADOLU ÜNİ VERSİ TESİ

5 MEKANİ K DENEYLERİ I 51 Şekil 5.1:Takozun Asıldığı Deney Düzeneği Aynı takozu Şekil 5.2'deki masa üzerine yerleştirerek çekiniz. Dinamometreden okuduğunuz değeri kaydediniz. Şekil 5.2: Takozun Masa Üzerinde Çekildiği Deney Düzeneği Daha sonra masa üzerine yerleştireceğiniz cam plaka üzerinde aynı deneyi yapınız ve dinamometreden okuduğunuz değeri kaydediniz (Şekil 5.3). Şekil 5.3: Cam Üzerinde Takozun Çekildiği Deney Düzeneği AÇIKÖĞ RETİ M FAKÜLTESİ

6 52 MEKANİ K DENEYLERİ I Pürüzsüz bir masa üzerinde 50 cm kadar bir uzaklığı işaretleyiniz. Bir bilyeyi bu aralık boyunca fiske vurarak yuvarlayınız ve bilyenin bu uzaklığı alması için geçen süreyi kronometre yardımıyla ölçünüz. Bu kez masa üzerine kumaş bir örtü örterek aynı deneyi tekrarlayınız (deneylerde bilyeye aynı kuvveti uygulamak için plastik bir cetvel kullanabilirsiniz). Şekil 5.2'deki takoza zıt yönde bir kuvvet uygulayalım. Bu kuvvetin ilk dinamometredekine eşit, büyük ve küçük olması durumunda takozun hareketini gözleyiniz (Şekil 5.4). Şekil 5.4: Takoza Zıt Yönde İki Kuvvetin Uygulandığı Deney Düzeneği Bu kez 1. dinamometreyi 2. dinamometrenin yanına bağlayarak takozu çekiniz ve dinamometrelerden okunan değerleri kaydediniz (Şekil 5.5). Şekil 5.5: İki Dinamometre ile Takozun Çekildiği Deney Düzeneği Yapılacak İşlemler, Hesaplar ve Sonuçlar: a. 5, 50 ve 100 g'lık tartıların dinamometrenin yayında oluşturduğu uzama, kuvvetin şekil değiştirme etkisi ile açıklanır. ANADOLU ÜNİ VERSİ TESİ

7 MEKANİ K DENEYLERİ I 53 b. Masa yüzeyi ile cam yüzey üzerindeki takozu harekete geçirmek için uygulanması gereken kuvvetin farklı olmasının nedeni sürtünmedir. c. Bilyenin örtüsüz ve kumaş örtülü masa üzerinde aynı yolu farklı sürelerde almasını sürtünme ile açıklayabiliriz. d. Şekil 5.2 ve Şekil 5.4'teki deney sonuçlarını bir tablo'da gösteriniz ve cisim üzerine etki eden net kuvveti vektörel olarak gösteriniz. Kuvvet nedir? SI birim sistemindeki kuvvet birimini tanımlayınız? Kuvvet ölçümünde hangi alet kullanılır? Kütleyi tanımlayınız. SI birim sisteminde kütle birimi nedir? Kütle ölçümünde hangi alet kullanılır? Kütle ve Ağırlık arasındaki farkı belirtiniz.?? 2.3. Kütle ve Hareket Deneyleri Deney 3: Newton'un II. Hareket Yasası ve Serbest Düşme Deneyin Amacı: Newton'un hareket yasalarının doğrulanması, serbest düşme ve yerçekimi ivmesi tayini. Deneyle İlgili Temel Kavramlar: Kuvvet, kütle, Newton'un hareket yasaları, bileşke kuvvet ve sürtünme kuvveti. Deneyde Kullanılan Araç ve Gereçler: Dinamometre (2 adet), çift kollu terazi, tartı takımı, cam levha (2 adet),takoz (250 g), ip, kronometreli saat. Deneyin Yapılışı: Kütlesini tarttığınız 1. takozu cam levha üzerine yerleştiriniz ve bir dinamometre ile çekerek dinamometreden okunan değeri kaydediniz (Şekil 5.6). Şekil 5.6: Cam Levha Üzerinde 1. Takozun Çekilişi Şimdi 2. takozun kütlesini belirledikten sonra 1. takozun üzerine yerleştiriniz. Kütle sistemini bir dinamometre ile çekerek okunan değeri kaydediniz (Şekil 5.7). AÇIKÖĞ RETİ M FAKÜLTESİ

8 54 MEKANİ K DENEYLERİ I Şekil 5.7: İki Takozdan Oluşan Sistemin Cam Levha Üzerindeki Hareketi 2. takozu 1. takoz üzerinden alarak 2. dinamometreyi Şekil 5.8'deki gibi bağlayınız. Bu durumda dinamometreden okunan değeri belirleyiniz. Ayrıca takozun hareket doğrultusu da belirleyiniz. Şekil 5.8: Takozun Cam Levha Üzerinde Aralarında 90 'lik Açı Olacak Şekilde İki Dinamometre Yardımıyla Çekilmesi Yerçekimi ivmesini tayin etmek amacıyla 10 ve 20 g'lık tartıları aynı anda yaklaşık 50 cm yukarıdan yumuşak bir zemine bırakınız (masa örtüsünü bu amaçla kullanabilirsiniz) ve düşme sürelerini tayin ediniz. Tartıların ağırlıklarını dinamometre ile tayin ettikten sonra, yerçekimi ivmesi bulunabilir. Bu amaçla W = mg formülünü kullanınız. Burada W tartıların ağırlığını, m kütlesini g ise yerçekimi ivmesini göstermektedir. Yapılacak İşlemler, Hesaplar ve Sonuçlar: a. Cam yüzey üzerindeki 1. takozun ivmesini bulunuz. İvmeyi (m/s 2 ) olarak ifade ediniz. b. 1. takoz üzerine 2. takoz konulduğunda dinamometreden okunan değer değişir. 1. Takoz yüzeyinin değişmesi sürtünme nedeniyle sonucu değiştirir. ANADOLU ÜNİ VERSİ TESİ

9 MEKANİ K DENEYLERİ I 55 c. Aynı işlemi cam levhayı kaldırarak masa üzerinde yaptığınızda dinamometreden okunan değerde sürtünme nedeniyle değişir. d. Şekil 5.8' deki düzenekte takoz, bileşke kuvvet doğrultusunda hareket ettiğine göre cisim üzerine etki eden bileşke kuvveti ve cismin ivmesini F = ma yardımıyla bulunuz. e. Her iki kütlenin düşme süresi aynıdır. 10 ve 20 g'lık cisimlerin ivmesini bulunuz. İvmeyi (m/s 2 ) olarak ifade ediniz. Her iki kütlenin de ivmesinin aynı olmasını "serbest düşen cisimlerin ivmesi aynıdır" ilkesiyle açıklarız. Newton'un II. hareket yasasını açıklayınız. Sürtünme kuvvetinin bağlı olduğu faktörleri belirtiniz. Yerçekimi ivmesi neye göre değişir? Tartışınız.? Değerlendirme Soruları Aşağıdaki soruların yanıtlarını verilen seçenekler arasından bulunuz. 1. Şekilde görüldüğü gibi 0 noktasına etki eden üç kuvvetin bileşkesi kaç Newton (N)'dır?. 4N 0 3N 8N A. 1 B. 2 C. 3 D. 4 E Şekildeki sistemde kütle ile yüzey arasında sürtünme olmadığına göre cismin ivmesi kaç (m/s 2 )'dir? m = 2 kg A. 4 B. 3 C. 2 D. 1 E. 0 F = 4N 3. Yandaki şekilde cisimle yüzey arasınadki sürtünme kuvveti 2 N ise, cismin ivmesi kaç (m/s 2 )'dir? m = 2 kg F = 3N A. 0,5 B. 1 C. 1,5 D. 2 E. 2,5 AÇIKÖĞ RETİ M FAKÜLTESİ

10 56 MEKANİ K DENEYLERİ I 4. Ağırlığı 10 N olan birinci cismin kütlesinin, ağırlığı 20 N olan ikinci cismin kütlesine oranı ( m 1 /m 2 ) nedir? A. 0 B. 0,5 C. 1 D. 1,5 E Ağırlığı 9,8 N, kütlesi 1 kg olan bir cisim, 1 m yüksekten zemine bırakılıyor. Bu cismin ivmesi kaç (m/s 2 )'dir? A. 1 B. 2,3 C. 4,9 D. 9,8 E. 10 Aşağıdaki cümlelerin DOĞRU ya da YANLIŞ olduklarını yanlarına belirtiniz. 6. Sürtünme kuvveti harekete ters yönde oluşur. 7. Cisimler farklı ivme ile serbest düşme yaparlar. 8. Kuvvet bir cismin yalnızca hareketini değiştirebilir. 9. Kuvvet birimi Newton (N), kütle birimi kilogram (kg)'dır. 10. Yerdeğiştirme birimi metre (m), zaman birimi saniye (s)'dir. Yararlanılan ve Başvurulabilecek Kaynaklar Serway, R. Fen ve Mühendislik İçin Fizik, Cilt 1, (Çev. Ed.: K. Çolakoğlu), Palme Yayıncılık, Ankara, Resnick, R., Halliday, D. Fiziğin Temelleri, Cilt 1, (Çev.: C. Yalçın), Arkadaş Yayınevi, Ankara, Fizik Deney Kitabı, M.E.B. Ders Aletleri Yapım Merkezi, Ayyıldız Matbaası, Ankara, 1968 Değerlendirme Sorularının Yanıtları 1. E 2. C 3. A 4. B 5. D 6. D 7. Y 8. Y 9. D 10. D ANADOLU ÜNİ VERSİ TESİ