Bölüm 5 Hareket Yasaları
Hareket Yasaları Bir cismin hareketinin tanımlayan temel nicelikler, konum, hız ve ivmedir. Burada hareketin neden oluştuğu üzerinde durulacaktır. Bunun yanında da cismin hareketini etkileyen faktörlere de değinilecektir. Cismin hareketinin kaynağı olan iki temel parametre vardır. Bunlar: Cisme etki eden kuvvet ve Cismin kütlesidir. Bir cismin hareketini tanımlayan kanunlar Issac Newton tarafından kurulmuştur. Introduction
Kuvvet Kuvvetin günlük hayatımızdaki bazı yerleri Bir cismin bir yerden başka bir yere taşınması Bir cismi atmak yada vurmak Bir cismi döndürmek Newton un tanımına göre kuvvet bir cismin hızında değişim meydana getiren etkidir. Section 5.1
Kuvvet türleri Temas kuvvetleri a) b) c) Alan kuvvetleri d) e) f) Section 5.1
Temel Kuvvetle/ Temel Etkileşmeler Kütlesel çekim kuvveti Cisimler arasında Electromanyetik kuvvet Elektrik yükleri arasında Nukleer kuvvet Atom altı parçacıklar arasında Zayıf Kuvvetler Radyoaktif bozunmalarda ortaya çıkar Note: Buradaki kuvvetlerin tümü Alan kuvvetleridir. Section 5.1
Kuvvvetin büyüklüğü Section 5.1
Kuvvetin vektör özelliği Bir birine dik olarak etkiyen iki kuvvetin bileşkesi, vektörel toplama yöntemi ile belirlenir. Section 5.1
Newton un Birinci Yasası Eğer bir cisim başka hiç bir cisim ile etkileşme içinde değil ise, cismin ivmesinin sıfır olduğu bir referans sistemi tanımlamak mümkündür. Bu yasa eylemsizlik yasası olarak bilinir. Tanımlanan referans sistemi de eylemsiz referans sistemi olarak adlandırılır. Alternatif bir tanımlama ile Eylemsiz bir referans sisteminde bakıldığında, bir cisim üzerine herhangi bir dış kuvvet etki etmiyorsa, duruyorsa durmaya, hareket halinde ise sabit hızla hareketine devam eder. Section 5.2
Eylemsizlik ve Kütle Eylemsizlik: Bir cismin hızında oluşturulmak istenen bir etkiye karşı durumunu koruma eğilimidir. Kütle: Bir cismin hızında oluşturulmak istenen değişime karşı direncinin ölçüsüdür. m 1 2 m a a 2 1 Bu durumda bir cismin ivmesi cimin kütlesi ile ters orantılıdır. Section 5.3
Kütlenin temel özellikleri Kütle: Cismin bir iç özelliğidir, şekil gibi görüntülerinden bağımsızdır. Cismin çevresinden bağımsızdır. Kütleyi ölçmede kullanılan metoddan bağımsızdır. Skaler bir niceliktir. SI Birimi kg dır. Section 5.3
Newton un İkinci Yasası Eylemsiz bir referans sistemine göre, bir cismin ivmesi cisim üzerine etkiyen net kuvvetle doğru orantılı, kütlesi ile ters orantılıdır. F a F ma m F Net Kuvvettir ve cisim üzerine etkiyen tüm kuvvetlerin vektörel toplamıdır. Bu ifade bazen toplam kuvvet yada bileşke kuvvet olarak ta adlandırılır. Section 5.4
Birim Kuvvet SI birim sisteminde birimi newton (N) olarak tanımlanan bir birimlik kuvvet miktarı. 1 N = 1 kg m / s 2 Section 5.4
Yer çekimi kuvveti Bir cisim ile dünya arasında ortaya çıkan kuvvettir. Bu kuvvet dünyanın ağırlık merkezine doğrudur ve Newton un ikinci yasasına göre F g F g mg ile verilir. Bu kuvvetin büyüklüğü ağırlık olarak tanımlanır. Ağırlık = F g = mg Section 5.5
Newton un Üçüncü Yasası Eğer iki cisim etkileşme halinde ise, birinci cismin ikinci ye etkisi birinci üzerine olan etkisi F F 12 21 F 21 eşit büyüklükte ancak zıt yönlüdür. F 12 ile ikincinin Section 5.6
Serbest Cisim Diyagramı Bir cisme etki eden tüm kuvvetlerin cisim üzerinde bir koordinat sisteminde gözterilmesidir. Section 5.6
Dengedeki Parçacık Eğer bir cismin ivmesi sıfır ise cisim dengededir. Bunun matematiksel karşılığı cisme etkiyen net kuvvetin sıfır olmasıdır. F F x 0 0 and F 0 y Section 5.7
Denge, Örnek Kütlesi ihmal edilebilecek bir iple asılmış avizenin durumunda Sistemdeki kuvvetler: Aşağı yönde yerçekimi kuvveti Yukarı yönde gerilme kuvvetidir Fy 0 T Fg 0 T Fg Section 5.7
Net kuvvete maruz kalan bir cismin hareketi Öncellikle bir cismin üzerine ektiyen nek kuvvet serbest cisim diyagramı kullanılarak belirlenir Newton un ikinci yasası kullanılarak cismin hareketi tanımlanır. Section 5.7
Newton un ikinci yasasına örnek Forces acting on the crate: İpteki gerilme kuvveti T Yerçekimi kuvveti F g, Normal (Tepki) kuvveti n F T ma x x F n F 0 n F y g g Section 5.7
Normal kuvveti Normal kuvveti her zaman için yerçekimi kuvvetine yani cismin ağırlığına eşit değildir. F n F F y g 0 and n mg F Section 5.7
Denge, Örnek 2 Section 5.7
Eğik düzlemler Section 5.7
Makaralar Section 5.7
Karma sistemler Section 5.7
Sürtünme Kuvvetleri Bir cisim bir yüzey de ya da ortam içerisinde hareket ederken hareketine karşı ortanım oluşturduğu bir direnç oluşur. Bunun sebebi cisim ile ortam arasındaki etkileşmelerdir. Bu etkileşmelerin şiddetine bağlı olarak direç miktarı da değişir. Bu direnç kuvvetine sürtünme kuvveti denir. Sürtünme kuvveti normal kuvveti ile doğru orantılıdır. ƒ s µ s n and ƒ k = µ k n μ sürtünme katsayısı Kuvvetin büyüklüğü temas halindeki yüzeye bağlıdır. Statik sürtünme kuvveti kinetik sürtünme kuvvetinden daha büyüktür. Yönü cismin hareketine ters yöndedir.
Statik ve Kinetik Sürtünme Kuvveti Section 5.8
Bazı maddeler için statik ve kinetik sürtünme kuvvetleri Section 5.8
Sürtünme kuvveti, Örnek f s,s = μ s mg cos θ f s,k = μ k mg cos θ Section 5.8
Kinetik sürtünme örnek Kinetik sürtünme kuvveti yüzeye parelel ve hareket yönüne ters yönde Section 5.8
Karma sistemlerde sürtünme kuvveti, örnek Section 5.8