Hareket Kanunları
advertisement
Bölüm 5 HAREKET KANUNLARI Hareketin, nasılı ve nedeninin de dikkate alınarak incelendiği fizik dalına DİNAMİK denir. Bu bölümde NEWTON’ un hareket yasaları incelenecektir. Sürtünmesiz ve sürtünmeli sistemlere hareket yasaları uygulanarak hareket denklemleri elde edilecektir. 1 Kuvvet Kavramı Parçacık ile kuvvetin etkileşimlerina bağlı olarak kuvvet Temas ve Alan Kuvvetleri olarak ikiye ayrılır Temas Kuvvetleri kütle-yay sisteminde yay kuvveti, ipteki gerilme kuvveti, normal kuvvet, sürtünme kuvveti birer örnektir. Alan Kuvvetleri kütle çekim kuvveti, elektriksel kuvvet, manyetik kuvvet birer örnektir TEMEL KUVVETLER Kütle Çekim Kuvveti Elektromanyetik Kuvvetler Çekirdek kuvvetleri (büyük şiddete) Nükleer Kuvvetler (zayıf etkileşmeler) Bir parçacığa bir dış kuvvetin etkisi ile ivmelenir. Bir cismin hızı sabit veya cisim durgun halde ise o cisim dengededir. Kuvvet vektörel bir niceliktir, cisme etki eden net kuvveti veya bileşke kuvveti bulmak için vektörel toplama işlemi yapılır. Bunun için en çok tercih edilen yöntem bileşenlerine ayırma yöntemidir. Fnet ( Fx )î ( Fx ) ĵ 2 Newton’ un Hareket Yasaları Eylemsizlik Prensibi-I. YASA bir cisme etki eden toplam kuvvet sıfırsa, cisim ya durgun haldedir. Ya da sabit hızla düzgün doğrusal hareket yapıyordur. Bir cismin hızında meydana gelecek değişmeye karşı koyma eğilimine EYLEMSİZLİK denir. KÜTLE Bir cismin eylemsizliğinin bir ölçüsüdür ve kütleleri farklı olan iki cisme aynı kuvvet uygulandığında kütlesi büyük olan cisim daha az ivmelenir. Kütle aynı zamanda cismin veya parçacığın değişmeyen bir özelliğidir ve skaler bir niceliktir. Newton’un II. YASA Bir cisme etki eden dış kuvvetlerin toplamı sıfırdan faklı ise cisim ivmeli hareket yapar. Uygulanan net kuvvettin büyüklüğü arttıkça cismin kazanacağı ivme de o kadar artar. Buna karşın cismin kütlesi arttırılırsa cismin kazanacağı ivme de o oranda azalır. Newton’un ikinci yasası kuvvet ile ivme arasındaki ilişkiyi tanımlar. Bu ifade kütlenin sabit olduğu sistemler için geçerlidir. F ma [F]=[M][L][T]-2 birimi: SI-1 kgm/s2 =1Newton=1N CGS-1 gcm/s2 =1dyne Burada F cisme etki eden dış kuvvetlerin toplamını göstermektedir 3 Etki-Tepki Prensibi- III. YASA İki cisim birbirleri ile etkileşim halinde iken cisimlerden biri diğerine bir kuvvet etki ettiriyorsa, diğeri de ona aynı büyüklükte ancak ters yönde bir kuvvetle tepki gösterir. N N N mg sin N mg m g mg Cisim masa veya eğik düzlem gibi bir yüzeyle temas halinde ise yüzeye ağarlığından dolayı aşağıya doğru bir kuvvet uygular. Etki-Tepki prensibine göre bu durumda masa veya eğik düzlem de cisme yüzeye dik yüzeyden dışarıya doğru bir kuvvetle tepki gösteriri. Bu kuvvet NORMAL kuvvet olarak adlandırılır ve her zaman yüzeye dik yüzeyden dışarı doğru bir kuvvettir. masa için Etki-Tepki prensibine göre eğik düzlem için N mg N ve mg arasındaki ilişki N mg sin dir. 4 SÜRTÜNME KUVVETLERİ Bir cisim, pürüzlü bir yüzey üzerinde veya hava-su gibi viskoz bir ortamda hareket ediyorsa, çevresiyle olan etkileşmesinden dolayı bir dirençle karşılaşır. Bu direnç sürtünme kuvveti olarak adlandırılır. N Sürtünme kuvveti f ile gösterilir ve her zaman cismin hareketinin tersi yönünde bir kuvvettir. F f Sürtünme Kuvveti statik ve kinetik olmak üzere ikiye ayrılır. mg Statik Sürtünme: bir cisme hareket ettirmek için bir kuvvet uygulandığı halde cisim hala duruyorsa F<f demektir. F=f oluncaya kadar cisim durmaya devam edecektir. Cismin hareketini engelleyen bu sürtünme kuvvetine STATİK SÜRTÜNME kuvveti denir ve fs ile gösterilir. Kinetik Sürtünme: F>fs artık cisme hareket edecektir, hareket esnasında da sürtünme kuvvetinin etkisi söz konusudur ancak daha küçüktür. Buna göre hareket halinde etki eden bu sürtünme kuvvetine kinetik sürtünme kuvveti denir ve fk ile gösterilir. SÜRTÜNME KUVVETİ’nin BÜYÜKLÜĞÜ Normal Kuvvet ile orantılıdır ve orantı katsayısı yüzeyin sürtünme katsayısına karşılık gelir. fs=µsN fk=µkN 5 Newton’ un Hareket Yasalarını Kullanarak Problem Çözümümde İzlenecek Adımlar 1. Probleme uygun şekil çizilir ve en uygun koordinat sistemi seçilir. Dik koordinat sisteminde çalışılıyorsa eksenlerden biri hareket yönünde olacak şekilde seçilir. y y x x 2. Cisme etki eden tüm dış kuvvetler gösterilir. (Sürtünme kuvveti, etki tepki prensibinden normal kuvveti veya ipteki gerilme kuvveti gibi…) y y N N F θ x x θ mg f mg θ 3. Bileşke kuvveti elde etmek için sırasıyla xyönündeki ve y-yönündeki kuvvetlerin bileşenlerinin toplamı yazılır.(II. Yasa) F .......... .... ma F .......... .... ma x x y y 4. Son olarak ax ve ay nin sıfır olup olmadığına eylemsizlik prensibi dikkate alınarak belirlenir. 6
