Düşen Elmanın Fiziği
Elma neden yere düşer?
Kütle: Eylemsizliği ölçmek için kullanılan bir terimdir ve SI (Uluslararası Birim Sistemi) birim sisteminde birimi kilogramdır. Kütle eşit kollu terazi ile ölçülür. Günümüzde elektronik terazilerde yaygın olarak kullanılır. Eylemsizlik: Durgun haldeki bir cismin durgun halde kalması, hareketli bir cismin de ilk hızıyla hareketine devam etmesi eğilimidir. Ağırlık: Bir cisme dünyanın uyguladığı kuvvet cismin ağırlığı olarak adlandırılır. Ağırlığın birimi SI da Newton(N) dur. Ağırlık dinamometre ile ölçülür.
Cevap: Düşmeye başlamadan önce dalındaki elmanın hızı sıfırdır. Elma düşmeye başladığında yere doğru hızlanarak hareket etmeye başlar. Bu hızlanmanın olabilmesi için elmanın üzerine bir kuvvetin etmesi gerekmektedir. Bu kuvvet yerçekimi kuvvetidir ve hızlanma yerçekimi ivmesinden (g=9,8 m/s 2 ) kaynaklanmaktadır.
Newton bir elmanın düşüş hareketinden yola çıkarak yerçekiminin etkisi nedeniyle Ay ın sürekli Dünya nın çevresinde kaldığını, yani yerçekimi alanının Ay ın yörüngesini belirlediği sonucunu elde etmiştir. Newton, Evrensel Çekim Kanunu adını verdiği bu kanunda, evrendeki her bir cismin diğerini, aralarındaki uzaklığın karesi ile ters, kütleleri doğru orantılı olan bir kuvvet ile çektiğini ifade etmiştir.
Evrensel Çekim Kanunu: M 1 r M2 F g G M G:Evrensel çekim Sabiti=6,672x10-11 N.m 2 /kg 2 M 1 :Birinci cismin kütlesi M 2 : İkinci cismin kütlesi r: İki cisim arasındaki uzaklık 1 r M 2 2
Örnek: Ay ın, dünyada bulunan 70 kg lık bir öğrencinin üzerine uyguladığı çekim kuvvetini bulunuz. Ay ın kütlesi 7,3x10 22 kg Ay ın dünyadan uzaklığı 3,8x10 5 km
Cevap Çekim kuvveti: F g G M 1 r M x F x 11 (70)(7,3 10 ) g 6,672 10 2,36x10 3 (3,8 X10 8 ) 2 22 2 2 N Günlük olayları gözlediğimizde, kütle çekim kuvveti yalnızca etkileşen kütlelerden en az biri aşırı büyük olduğunda önemlidir.
Bir elma ve bir tüy belli bir yükseklikten aynı anda (a) havada, (b) boşlukta (vakum) aynı anda bırakılırsa hangisi önce yere düşer. Açıklayınız?
Cevap: (a) Boşlukta(vakum): Vakumda aynı anda bırakılan elma ve tüy aynı anda yere ulaşırlar. Çünkü vakumda hava direnci sıfırdır. Vakumda serbest bırakılan iki cismin kütlesinin büyüklüğü ne olursa olsun yere aynı anda düşerler. (b) Havada: Serbest bırakılan elma ve tüy yere düşer. Fakat serbest düşme hareketi yapan cisme hava direnci, ağırlık gibi kuvvetlerin etki etmektedir. Hava direnci cismin geometrik şekline, cismin boyutlarına ve ağırlığı gibi parametrelere bağlıdır. Bizim örnekte elma tüyden daha önce yere düşer.
Ağırlığını ölçerek altın satıyorsunuz, derin bir vadide mi yoksa bir dağın tepesinde mi satmayı tercih edersiniz? Kütlesini ölçerek satıyorsanız bu yerlerden hangisinde satmayı tercih edersiniz. Niçin?
Cevap: Yerçekimi ivmesinin (g=9,8 m/s 2 ) değeri yükseklik artıkça değeri azalır. g nin değeri bulunduğunuz yerin coğrafi konumuna (enlem ve boylam) göre de küçük değişiklikler göstermektedir. Ağırlığı baz alarak yapacağınız bu ölçümde vadide yapmanızda fayda vardır, yoksa altın satışından zarar edebilirsiniz. Kütleyi ölçerek yapılan satışta ise g nin bir etkisi olmayacağından dünyanın veya uzayın herhangi bir yerinde yapabilirsiniz. Sonuç değişmez.
Gerilerde oturan bir otobüs yolcusu, şoförün frene hızlıca basmasıyla, otobüsün önünde çantaların kendisine doğru uçarak gelip çarpmasından yaralandığını açıklar. Bu halde hakim olsanız ne karar verirsiniz? Niçin?
Cevap: Yolcu doğruyu söylememektedir. Bu olaya dışardan bakan bir gözlemciye göre otobüs fren yapmadan önce otobüs içindeki kişilerin ve eşyaların belirli bir hızı vardır. Otobüs aniden fren yaptığında kişiler ve eşyalar eylemsizliklerini korumak isteyecekler ve öne doğru hareketlerine devam etmek isteyeceklerdir. Otobüs içindeki çantalar arkadaki yolcuya doğru değil bunun tam tersi yönünde öndeki otobüs camına çarparlar.