Sıcak bir yaz günü bahçenizde, ağacın altında oturuyorken kafanıza bir armut (elma da olabilir) düşüyor ve… Durun bir saniye bu, şu bizim Newton’un hikayesi değil miydi ya? Evet o, ama merak etmeyin. Bu hikayeyi anlatmayacağız.
Bu yazıda ilk olarak lise fizik derslerinde tanıştığımız hareket ve doğası üzerine tartışacağız.
Cismin Eylemsizliği
Bir el arabası düşünün, şimdi bu el arabasına hiçbir etki uygulanmadığını düşünün. Hareketinde bir değişiklik olur mu?
Bu soruya Newton’un cevabı: Hayır. Hareketin kendisi için bir etki gerektiği için el arabası hareket etmiyorsa hareket etmemeye, başka bir deyişle durmaya, devam eder. Eğer hareket ediyorsa sabit hızda hareketine devam eder. Buna Eylemsizlik Yasası (Law of Inertia) veya Newton’un Birinci Hareket Yasası denir.
Buradan yola çıkarak kuvveti (force), cisme uygulanan etki olarak tanımlayabiliriz.
Ayrıca!: Roketin hareketi için bir etki gerekiyor. Bu etkiye kuvvet diyoruz. Ama rokete etki eden şeye kuvvet dememiz için roketin hareket etmesi gerekmez. Çünkü tanımı gereği kuvvet, cisme uygulanan etkidir.
Eylemsizlik şöyle de düşünülebilir: bir cismin hızında herhangi bir değişiklik olması için dışarıdan bir kuvvet uygulanmalıdır.
Sonuç olarak eylemsizlik şöyle özetlenebilir:
‘Bir cisme herhangi bir dış kuvvet uygulanmadığı sürece, cismin hareket durumunda bir değişiklik olmaz.”
Kuvvet, Kütle ve Hızdaki Değişim
Kuvvet ile cismi hızlandırabiliriz/yavaşlatabiliriz. Bu çok basitti, eylemsizlik yasasında dolaylı olarak bahsettik: bir cismin hareketinde değişiklik yaratmak (yani hareket ettirmek, hareketliyse hızlandırmak/yavaşlatmak) için kuvvete ihtiyacımız vardır. Cismin hızındaki değişime ise ivme (acceleration) denir.
Şimdi baştaki el arabamıza geri dönelim ve el arabasının hareketli olduğunu düşünelim. Eğer cismi hızlandırmak yani bir ivme yaratmak istiyorsak daha fazla kuvvet uygulamalıyız.
(Eğer lacivert el arabasına sarı el arabasından daha fazla kuvvet uygularsanız, lacivert el arabasının ivmelenmesi daha fazla olur. Cisimler özdeş olmak koşulu ile.)
Şimdi ise başka bir noktaya odaklanalım. Bir dolabı ve bir kargo paketini ittiğini düşünün. Hangisini hızlandırmak için daha çok zorlanırsınız? Tabi ki de buzdolabını.
Artık kuvvet, kütle (mass) ve ivme arasındaki ilişkiyi açıklayan denkleme geldik.
DİKKAT MATEMATİK İÇERİR!
ΣF=m.a
ΣF: toplam kuvvet (aynı doğrultudaki kuvvetlerin toplamıdır.)
m: cismin kütlesi
a: ivme
Denklem bir örnekle anlaşılabilir: eğer ivmeyi sabit tutmaya çalışır ve kütlede artış yapmak isterseniz kuvveti aynı oranda artırmalısınız (bunu tersi de geçerli ”ivme sabitse ve kütlede azalma yaparsanız cisme aynı oranda daha az kuvvet uygulamalısınız”) yani cismin ivmelenmesi kütlesi ile ters fakat cisme uygulanan kuvvet ile doğru orantılıdır. Buna Newton’ın İkinci Hareket Yasası denir.
Newton’un İkinci Hareket Yasasını şöyle özetleyebiliriz:
”Cisme uygulanan toplam kuvvet, cismin kütlesi ve ivmesinin çarpımına eşittir.”
Etkiye Tepki
Sonda söyleyeceğimi başta söyleyeyim:
”Bir X cismi ile Y cismine kuvvet uygularsa, Y cismi X cismine eşit büyüklükte fakat zıt yönde bir kuvvet uygular.”
Buna Etki-Tepki prensibi veya Newton’un Üçüncü Hareket Yasası denir. (Evet yine Newton! adam çok zeki, yapacak bir şey yok.)
Hepimizin çocukluk travmasıdır şişirmeye çalıştığımız balonun elimizden çıkıp bir anda çıkıp hava kaçırması. Fakat balona geçmeden önce roketle başlayalım.
(Kuvvet vektörel bir büyüklüktür. Yani kuvveti tanımlarken sadece sayılara değil yöne de ihtiyacınız vardır. – ”eksi” veya +”artı” işareti ise burada kuvveti yönünü tanımlar.)
Roketten çıkan yakıt, uzaya çıkmak için yere bir kuvvet uygular. Buna F kuvveti diyelim. Bu kuvvete eşit fakat tersi yönde bir kuvvet uygulanır (-F). Yakıtın yere doğru yaptığı kuvvetin tersi yönde uygulandığı tepki (itme) kuvveti ile roket uçar. Aynısı balon için de geçerlidir: Balondan çıkan hava, yere bir kuvvet uygular ve bu kuvvete eşit fakat tersi yönde uygulanan kuvvet ile balon yukarıya doğru itilir.
Eylemsizlik yasasını, cisimlerin dünyadaki yatay hareketi için tanımlayan Galileo’ydu.
(Rahmetli dedem Galileo’yu da şuraya bir yere koymazsak adam mezarında ters döner.)
Isaac Newton ise Eylemsizlik yasası ile beraber diğer iki hareket yasasını 1687 yılında yayımlanan Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (Doğa Felsefesinin Matematiksel İlkeleri) kitabında formüle etti.
YAZAR: Hacı CAN
Kaynakça:
https://en.wikipedia.org/wiki/Isaac_Newton#/media/File:Sir_Isaac_Newton_(1643-1727).jpg
https://www.britannica.com/science/Newtons-laws-of-motion
https://www.khanacademy.org/science/physics/forces-newtons-laws#newtons-laws-of-motion
https://openstax.org/books/college-physics/pages/4-introduction-to-dynamics-newtons-laws-of-motion
.jpg){kind=link}
Son yorumlar