Newton’un Hareket Yasaları

Devinime neden olan neden olan etkiler insanları uzun süre ilgilendirmiş ve bu konuda Galileo ve Newton zamana dek pek başarılı sonuçlar elde edilmemişti. Galileo’dan önce filozoflar, bir cismi devindirebilmek için kesinlikle bir etkinin, yani bir kuvvetin gerektiğini ileri sürmemişler ve <<olağan>> halde bir cismin durması gerektiğine inanmamışlardı.

Gerçekten bir düzlem üzerinde bir cisim kaydırılmak istenirse, cismin kısa bir süre gittikten sonra yavaşlayıp durduğu gözlenir. Bu gözlem dış bir kuvvet olamadığı sürece kaymanın olmadığı düşüncesini destekler. Galileo yaptığı deneylerde bu inancın gerçek olmadığını gösterdi. Eğer cisim ve onun üzerinde durduğu düzlen pürüzsüz hale getirilirse ve cisimyağlanırsa, cismin hızının daha yavaş azaldığı ve cismin daha ileride durduğu gözlenir. Buna göre, cismin kayması yavaşlatıcı, yani bütün sürtünmeler, ortadan kaldırılırsa, cismin değişmez bir hızla yoluna bir doğru boyunca sonsuza değin devam sonucu çıkar. Galileo’nun vardığı sonuç bu idi. Ona göre, bu cismin hızını değiştirmek için bir dış kuvvet gerekir; ama belli bir hızda giden cismin hızını koruyabilmesi için bir kuvvete gerek yoktur. Mesela bir sandığı bir düzlemde ittiğimiz durum için, ellimizin verdiği itme sandığa bir hız kazandırır, fakat düzlem sandığa bir kuvvet uygulayarak onu yavaşlatır ve durdurur. Her iki kuvvette hızda bir değişim, yani bir ivme oluşturur. İşte Galileo’nun bulduğu bu gerçeği,Galileo’nun öldüğü gün doğan Isaac Newton bir evrensel yasa olarak 1686 da yazdığı Princiria Matematika Philosoph Naturalis adlı kitabında ortaya koydu.

Newton’un hareket yasaları: 1. Eylemsizlik

Newton’un hareket yasalarının ilki olan eylemsizlik cisimlerin hareket durumunun değiştirilmesine karşı gösterdiği dirençtir. Hareket durumu bir cismin hızıdır (hem sürati hem de yönüdür). Öyleyse eylemsizlik bir cismin süratinin ya da yönünün değişmesine karşı koymasıdır.

Eylemsizliği düşünürken iki durumdan bahsedebiliriz, ya:

1. Cisim duruyordur, hızı sıfırdır, v=0.
2. Cisim sabit hızla belli bir yönde hareket ediyordur, v = sabit.

Eğer bir cismin üzerine etkiyen bileşke kuvvet sıfırsa yani dengelenmiş kuvvetlerin etkisindeyse, cisim:

• duruyorsa durmaya
• sabit hızla gidiyorsa aynı sabit hızla gitmeye devam eder, sürati ve yönü değişmez.

Net kuvvet yoksa, sabit hızla giden bir cisim sonsuza kadar aynı yönde aynı hızla hareket etmeye devam eder.

Bir cismin hızının değişmesini ivme olarak adlandırmıştık, öyleyse eylemsizlik ilkesi bize bir cismin üzerindeki net kuvvet sıfırsa ivmesinin de sıfır olduğunu söyler.

Sabit hızla giden (düzgün doğrusal hareket yapan) ya da duran her cismin üzerindeki net kuvvet sıfırdır, cisim dengelenmiş kuvvetlerin etkisi altındadır. Bir cismin hareketine devam edebilmesi için net kuvvet uygulamak gerekmez, eğer sabit hızla gidiyorsa üzerinde net kuvvet olmadan cisim hareketine devam eder.

Newton’un hareket yasaları: 2. F=ma

Newton’un hareket yasaları, ikinci yasayla devam ediyor. Buna dinamiğin temel ilkesi de denir. Birinci yasada dengelenmiş kuvvetlerin etkisinde bir cismin hızının değişmediği yani ivmesinin sıfır olduğunu öğrenmiştik. İkinci yasa, bir cismin üzerine etkiyen dengelenmemiş kuvvetler varsa hareket durumunun değişeceğini söyler. Net kuvvet sıfırdan farklıysa cisim ivmelenir. İvmelenme miktarı uygulanan kuvvetle doğru cismin kütlesiyle ters orantılıdır. Kuvvet ne kadar büyükse ivme o kadar büyük, kütle ne kadar büyükse ivme o kadar küçük olur. Matematiksel ifadesi F_net = ma şeklindedir. (F=ma yazıldığında aslında F_net kastedilmektedir.)

Bir cismi dururken harekete geçirmek, hareket ederken hızlandırmak ya da yavaşlatmak ve yönünü değiştirmek için cisme mutlaka bir kuvvet uygulanması anlamına gelir. Tersinden söylersek eğer bir cisme uygulanan bileşke kuvvet sıfırdan farklıysa cisim mutlaka ivme kazanır.

Kütlenin tanımı da ikinci hareket yasasından gelir. Kütle, net kuvvetin ivmeye oranıdır.

Net kuvvet vektörüyle ivme vektörünün yönü her zaman aynıdır. İvmenin yönünü bilirseniz net kuvvetin yönünü de bilirsiniz.

Birinci yasa, ikinci yasanın özel bir durumudur. F_net=ma denkleminde a=0 olursa F_net = 0 olmak zorundadır.

Kuvvetin biriminin Newton (N) olduğunu öğrenmiştik. Şimdi Newton biriminin aslında kilogram-metre bölü saniye kareye (kgm/s²) eşit olduğunu da görüyoruz.

Newton’un hareket yasaları: 3. Etki tepki

Newton’un hareket yasalarının üçüncüsü kuvvetlerin daima çiftler halinde olduğunu söyler. Asla tek başına bir kuvvet bulunmaz. Kuvvet iki cisim arasındaki etkileşimdir. Bu nedenle eğer birinci cisim ikinci cisme bir kuvvet uygularsa (etki), ikinci cisim de birinci cisme kuvvet uygular (tepki). Ancak etki ve tepki kuvvetleri aynı cisim üzerine uygulanmaz, farklı cisimler üzerine uygulanır. Bu nedenle etki-tepki kuvvet çiftleri dengelenmiş kuvvet oluşturmak zorunda değildir.

Etkileşim halinde olan tüm cisimler birbirine kuvvet uygular. Her etki kuvvetine karşı eşit ve zıt yönlü tepki kuvveti vardır. Etki ve tepki kuvvetleri aynı büyüklükte ve zıt yönlü olmasına rağmen farklı cisimler üzerine etki ettiği zaman birbirlerinin etkisini yok etmezler. Futbolcunun topa etkisi kadar top da ayağına tepki gösterir. Dünya Ay’ı çeker. Ay’da Dünyayı eşit ve zıt kuvvetle çeker.

Etki ile tepki arasındaki ilişki “F_etki = – F_tepki” şeklinde gösterilir.

Etki – tepki büyüklüğü, etkileşme yüzeyine dik olan kuvvetlerin bileşkesinden bulunur.

Her cisimden uygulanan kuvvet kadar tepki alınmayabilir. Bir tüy parçasına etki ne olursa olsun onun vereceği tepki sınırlıdır.

Küçük bir topa ne kadar etki uygulanırsa uygulansın tepki onun verebileceği kadardır. Bu günlük hayatımızda “sana bir vurursam yarısı boşa gider.” şeklinde kullanılır. Yani “sana uyguladığım etkinin yarısı kadar tepki veremezsin”. demektir.

Cismin ağırlığı mg olmak üzere, şekillerde etki – tepki büyüklüğü olan N değerleri verilmiştir.

Newton’un Hareket Kanunları ile ilgili Kazanımlar

Dengelenmiş kuvvetlerin etkisindeki cisimlerin hareket durumlarını örneklerle açıklar.

• İbn-i Sina’nın hareket konusunda yaptığı çalışmalara değinilir.

Kuvvet, ivme ve kütle kavramları arasındaki ilişkiyi açıklar.

• Net kuvvet, ivme ve kütle arasındaki matematiksel model verilir.
• Serbest cisim diyagramı üzerinde cisme etki eden kuvvetler gösterilir. Net kuvvetin büyüklüğü hesaplanarak yönü gösterilir.
• Hesaplamalarda yatay düzlemde tek kütle ile sınırlı kalınır. Bileşenlere ayırma hesaplamalarına girilmez.
• Yer çekimi ivmesi açıklanarak ağırlık hesaplamaları yapılır.

Etki-tepki kuvvetlerini örneklerle açıklar.

• Yatay ve düşey düzlemlerde etki-tepki kuvvetlerinin gösterilmesi sağlanır.
• Matematiksel hesaplamalara girilmez.

Kaynakça : https://www.eokultv.com/newtonun-hareket-yasalari/4087

Kaynakça : https://fizikdersi.gen.tr/newtonun-hareket-yasalari-nedir/