İZ101 İZİK-I Ankaa Ünivesitesi en akültesi Kimya Bölümü B Gubu Bölüm V: Newton un Haeket Yasalaı 05.12.2014 Aysuhan OZANSOY
Bölüm-V: Newton un Haeket Yasalaı: 1. Kuvvet Kavamı 2. Newton un I. Yasası (Eylemsizlik Yasası) 3. Newton un II. Yasası (Dinamiğin Temel Yasası) 3.1. Kütle 3.2. Newton un II. Yasasının Uygulamalaı 4. Ağılık ve Çekim Kuvveti 5. Newton un III. Yasası (Etki-Tepki Yasası) Bu bölümde haeketi nedenlei ile incelemeye başlayacağız, yani dinamik ile ilgileneceğiz. Dinamik, Newton un Haeket Yasalaı ile belileni. Newton haeket yasalaı, klasik mekaniğin temelini oluştuu. 04.11.2014 A.Ozansoy 2
1.Kuvvet Kavamı Günlük yaşamda kuvveti, bi tü itme ya da çekme olaak algılaız. Kuvvet, bi cismin çevesi ve diğe cisimlele etkileşmesinin bi ölçüdü. Kuvvet, bi cismin, hızını, yönelimini ve/veya şeklini değiştii[kaynak 1]. Kuvvet, vektöel bi nicelikti. Kuvvet() : N (Newton) (MKS de) 1 N 1 kgm/s 2!!! Şekilsel olaak kuvvetlei 2 gupta inceleyebiliiz: 1.Değme(temas) Kuvvetlei: Cisimlein fiziksel teması ile otaya çıkan kuvvetledi. Öneğin; bi yayı elimizde çektiğimizde, bi topa vuduğumuzda oluşan kuvvet, sütünme kuvveti, nomal kuvvet vb. 2. Alan kuvvetlei: öneğin; ye çekimi kuvveti, bi mıknatısın demii çekmesi vb. 04.11.2014 A.Ozansoy 3
Temel Kuvvetle: Doğadaki 4 temel kuvvet (etkileşme): Kuvvet Göeli Şiddet Menzil Belileyici olduğu duumla Güçlü 1 10-15 m -Kuaklaı bi aada tuta. - Çekideği bi aada tuta. Elektomanyetik 10-2 -e - laın çekideğe bağlanaak kaalı atom oluştumalaını sağla. - Kimyasal bağlanma Zayıf Kütleçekim 10-5 10-18 m - Radyoaktif bozunmala -Güneşteki eaksiyonla 10-39 - Gezegenlei bi aada tuta. -Güneş sistemini bi aada tuta. Elektozayıf kuvvet 04.11.2014 A.Ozansoy 4
Temel Kuvvetle Kütle çekimi Zayıf Elektomanyetik Güçlü Gaviton W ve Z bozonlaı oton Gluon Aacı paçacıkla Temel kuvvetleden bahsedeken etkileşme teimini kullanmak daha doğu olu. Etkileşme deken, bi aacı paçacık (bozon) değiştokuşu ile belli bi uzaklıktan etkileşmeyi kastediyouz. Temel kuvvetleden elektomanyetik kuvvet ve kütle çekimi kuvveti, günlük hayatta bildiğimiz kuvvetledi. Diğe ikisi (zayıf ve güçlü çekidek kuvvetlei) atom çekideği ölçeğinde etkilidi. 04.11.2014 A.Ozansoy 5
04.11.2014 A.Ozansoy 6 K K K + + + + + + y y y y x x x x R R R 2 1 2 1 2 1 Kuvvetlein üst üste binmesi; Kuvvet, yaylı kanta ile ölçülü. Yaydaki şekil değişimi (uzama) kuvveti ölçmek için kullanılı.
2. Newton un I. Yasası (Eylemsizlik Pensibi) Sou: Kuvvet haeketi nasıl etkile? I. Duum: cisim dugunsa ve üzeine hiçbi kuvvet etkimiyosa cisim dugun kalmaya devam ede. Antik Yunan da haeket hız ile ilişkilendiilmiş. II. Duum: cisim sabit hızla haeket ediyosa Haeketli bi cismin haeketine devam edebilmesi için belli bi kuvvetin geektiği fiki doğu değildi. Haeketin sonlanmasına neden olan sütünmedi. Eğe sütünmeyi yok edebilsek, sabit hızla haeket eden cismin haeketine devam edebilmesi için hiçbi kuvvete geek duyulmazdı. Galileo (1564-1642) haeketle ilgili ilk deneyle. (Sütünmesiz duum idealleştimesi) Newton (1642-1727) Haeket teoisi (Galileo taafından atılan temel üzeine kendi haeket yasalaını kudu). 04.11.2014 A.Ozansoy 7
Isaac Newton 1686 yılında yayınladığı Doğa elsefesinin Matematik İlkelei (kısaca Pincipia ) olaak bilinen kitabında mekaniğin temelleini atmış oldu. Pincipia Latince yazıldı, 1727 de İngilizceye çevildi. Pek çok fizikçi, Pincipia nın fizik hakkında şimdiye kada yazılanenönemlikitapolduğu konusunda hem fikile. Pincipia da, Newton, Haeket Yasalaı ve Evensel Çekim Yasası ile klasik mekaniğin temelleini atmıştı. Newton Haeket Yasalaı makoskopik evendeki haeketi (taş, top, insan, dünya, ay vb.) anlamak için yetelidi. 04.11.2014 A.Ozansoy 8
Newton Haeket Yasalaının geçeli olmadığı ışık hızına yakın hızladaki haeketi anlamak için Özel Göelilik Teoisi ne ve atomik ölçekteki haeketi anlamak için de Kuantum Mekaniği ne ihtiyaç vadı. Küçük boyutla Yüksek hızla (c ye yakın) Klasik Mekanik Özel Göelilik Teoisi Kuantum Mekaniği Kuantum Alan Teoisi 04.11.2014 A.Ozansoy 9
Newton un I. Haeket Yasası (eylemsizlik yasası): Bi cisim üzeine etkiyen net kuvvet sıfısa, o cisim sabit hızlı haeketine devam ede. v net x 0 0 ve a 0 y 0 Eylemsizlik: Bi haeketlinin hızındaki değişime kaşı koymasına deni. Newton un I. Yasasının geçeli olduğu efeans sistemleine eylemsiz efeans sistemi deni. Eylemsiz efeans sistemi ivmesiz efeans sistemdi. Tecihli bi eylemsiz efeans sistemi yoktu..! Eğe bi eylemsiz efeans sistemi vasa, ona göe sabit hızla giden he sistem de bi eylemsiz efeans sistemidi. 04.11.2014 A.Ozansoy 10
Sou:Sabit hızla ileleyen bi cismin hızını faklı efeans sistemlei nasıl göü? v 1 Bi otobüs sabit hızı ile ileliyo olsun. A gözlemcisi dugun, B gözlemcisi de caddeye paalel olaak otobüs ile aynı hızla ileliyo olsun. A gözlemcisi hem otobüsün hem de B gözlemcisinin hızını olaak ölçe. B gözlemcisi ise, otobüsü dugun, A gözlemcisini ise v 1 v 1 hızı ile ileliyo olaak göü. Şekil Kaynak [2] den alınmıştı. SONUÇ: He iki gözlemci de (A ve B) otobüsü sabit hızlı ölçmüşledi. A ve B, Newton un I. Yasasına göe, otobüs üzeine etkiyen bi net kuvvet olmadığı konusunda hemfikidile. 04.11.2014 A.Ozansoy 11
Otobüsün geçek hızı nedi? v 1 mi? Yoksa sıfı mı? Aslında he ikisi de. Newton un I. Yasası hangi gözlemcinin dugun olduğu konusunda kesin bi bilgi vemez. Buna göe, cismin mutlak olaak haeketsiz olduğu değil, belli bi eylemsiz efeans sistemine göe dugun olduğu söyleni. 04.11.2014 A.Ozansoy 12
3. Newton un II. Yasası (Dinamiğin Temel Yasası) Sou: Net kuvvet sıfı değilse ne olu? 0 ise Hız sabit. Hız atıyo. Hız azalıyo. 04.11.2014 A.Ozansoy 13
Hızdaki değişim, net kuvvetle oantılı. ~ a m a Newton un II. yasası 3.1. Kütle: m : kg (MKS) Kütle, cismin eylemsizliğinin bi ölçüsü. Cismin doğasında olan bi özellik. Kütlesi bilinmeyen bi cismin kütlesini bulmak için, kütlesi bilinen bi cisimden yaalanılı ve he ikisi üzeine aynı kuvvet uygulanı. m m 1 2 m a 1 a a 2 1 1 m a 2 2 Kütle, skale bi nicelikti. Toplanabili. m m m 1 + 2 +... 04.11.2014 A.Ozansoy 14
m a dv m dt d( mv) dt dp dt Newton un II. Yasası: Bi cisim üzeine net bi dış kuvvet etki edese, cisim net kuvvet yönünde ivme kazanı. Bu yasa doğanın temel bi yasasıdı ve kuvvet ile haeket aasındaki temel ilişkidi. 3.2. Newton un II. Yasasının Uygulamalaı: 1. ma vektöel bi eşitlikti x max, y may, z ma 2. Buadaki kuvvetle sadece dış kuvvetledi. z 3. Sadece kütle sabit olduğunda geçelidi. Yakıt sızdıan tankla, oketle gibi kütlesi sabit olmayan sistemlede bu ifade düzeltilmelidi. 4. Bu yasa sadece eylemsiz efeans sistemleinde geçelidi. Biim Kuvvet Kütle İvme sistemi MKS Newton (N) kg m/s 2 CGS Dyne (dyn) g cm/s 2 1 N 1 kgm / s 1 dyn 1gcm / s İngiliz Pound (lb) slug ft/s 2 1 pound 4,45 N 2 2 10 5 N 04.11.2014 A.Ozansoy 15
Önek 5.1: 1500 kg kütleli bi aabayı 55 m lik mesafede 100 km/sa lik bi ilk hızdan dugun hale getimek için geekli kuvvet nedi? 04.11.2014 A.Ozansoy 16
4. Ağılık ve Çekim Yasası Ağılık, dünyanın cisimlee uyguladığı kütle çekim kuvvetidi. Eğe dünyadan başka bi gezegendeyseniz ağılığınız, o gezegenin size uyguladığı kütle çekimi kuvvetidi ve dünyadakinden faklıdı. Ağılık. Vektöel nicelik bi w mg kütle Ye çekimi ivmesi (kütle çekiminden kaynaklanan ivme) Bu kısım,kaynak [3] ten alınmıştı. 04.11.2014 A.Ozansoy 17
04.11.2014 A.Ozansoy 18
Önek 5.2: Bi astonot çekim ivmesinin 19,6 m/s 2 olduğu bi gezegendedi. a) Bu gezegende yüümek dünyada yüümekten daha mı kolaydı? b) Bu gezegende, 12 m/s hızla yatay olaak ileleyen bi topu tutmak daha mı kolaydı? 04.11.2014 A.Ozansoy 19
5. Newton un III. Yasası (Etki-Tepki Yasası) Bibii ile etkileşim halinde olan iki cisimden, biinin diğeine uyguladığı kuvvet, diğeinin o cisim üzeine uyguladığı kuvvetle aynı büyüklükte fakat zıt yönlüdü. A B BA : A nin B ya uyguladığı kuvvet AB : B nin A ya uyguladığı kuvvet AB BA AB BA Bu iki kuvvet faklı cisimlee etki ede. Newton un III. Yasası, değme kuvvetleinin yanı sıa uzun menzilli kuvvetlee de uygulanı. 04.11.2014 A.Ozansoy 20
Önek 5.3 (Kavamsal Önekle) a) masanın elmaya EM (nomal kuvvet) dünyanın elmaya ED (ağılık) EM ve ED etki-tepki çifti değilledi. Çünkü he ikisi de aynı cisim üzeine etki etmektedile. Etki-tepki çiftlei faklı cisimle üzeine etki. b) Bi ayağımız zemini geiye doğu ittiğinde, zemin o ayağımızı ilei doğu ite (III. Yasa geeği). Bu nedenle ilei doğu yüüyebiliiz. KZ : Zeminin kişiye uyguladığı kuvvet ZK :Kişinin zemine uyguladığı kuvvet 04.11.2014 ZK KZ Bu iki kuvvet faklı cisimlee etki ettiğinden etki-tepki çiftidi. A.Ozansoy 21
Önek 5.4. Atwood makinesi: Makaadan geçiilen ağılıksız bi iple iki faklı kütleden oluşan sistemdi. Bu sistemin ivmesi ne olu? asılan 04.11.2014 A.Ozansoy 22
Kaynakla: 1. Collins dictionay of Physics, HapeCollins Publishe Ltd., 2007. 2. Temel izik Cilt-I, P.M. ishbane, S. Gasioowicz ve S.T. Thonton, (Çevii: Pof. D. Cengiz Yalçın), 2. Baskı, Akadaş Yayınevi 2006, Ankaa 3. Ünivesitele için izik, B. Kaaoğlu, Seçkin yayıncılık, 2012, Ankaa. http://www.seckin.com.t/kitap/413951887 4. Diğe tüm şekille: Ünivesite iziği Cilt-I,H.D. Young ve R.A. eedman, (Çevii Editöü: Pof. D. Hilmi Ünlü) 12. Baskı, Peason Education Yayıncılık 2009, Ankaa.. 04.11.2014 A.Ozansoy 23