11. SınıfFizik
Fizik · 11. Sınıf · Kuvvet ve Hareket
Hareketin nedenini açıklayan temel araç, Sir Isaac Newton'un 1687'de yayımladığı üç yasadır. Birinci yasa ne zaman net kuvvetin olmadığını, ikinci yasa net kuvvet varlığında ivmenin nasıl hesaplandığını, üçüncü yasa ise kuvvetin daima bir çift hâlinde oluştuğunu söyler. Bu üç yasa birlikte, günlük hayattaki itme-çekme olaylarından araç ve makinelerin tasarımına kadar geniş bir yelpazede geçerlidir.
Bir cisme net kuvvet uygulanmıyorsa cisim duruyorsa durmaya, hareket hâlindeyse sabit hızla doğrusal harekete devam eder. Bu duruma eylemsizlik denir. Otobüs frenlediğinde öne savrulmanın nedeni yolcunun hızını koruma eğilimidir; emniyet kemeri ise bu eylemsizliği görünür kılar. Cismin durumu değişiyorsa mutlaka bir net kuvvet vardır ve bu kuvvet her zaman ivmenin yönündedir.
F = m · a (F: newton, m: kilogram, a: m/s²)
Net kuvvet, kütlenin ivmesiyle doğru orantılıdır; aynı kuvvet 2 kg'lık cisme 4 m/s², 4 kg'lık cisme 2 m/s² ivme verir. Kuvvet çiftlandığında ivme de ikiye katlanır, kütle ikiye katlandığında ivme yarıya iner. 30 N'luk bir kuvvetin 6 kg'lık cisme verdiği ivme 30/6 = 5 m/s² olur. Kuvvet vektörel olduğundan sonuç ivme de vektöreldir ve her zaman net kuvvetin yönüne bakar.
Her etkiye, eşit büyüklükte ve zıt yönde bir tepki eşlik eder. Duvara itilen kuvvet kadar duvar da eli geri iter; ancak bu iki kuvvet farklı cisimlere etki ettiği için birbirini götürmez. Etki-tepki çiftleri hiçbir zaman tek bir cismin dengesini bozmaz; bu nedenle yürüyüş, yüzme ve roket hareketinin tamamı tepki kuvvetiyle açıklanır.
Yüzeyler arasında hareketi engelleyen kuvvete sürtünme denir. Hareket varken f = μ · N bağıntısı kullanılır; N, yüzeye uygulanan normal kuvvettir. Yatay düzlemde sadece ağırlık ve normal kuvvet varsa N = m · g olur. μ = 0,3 katsayılı 10 kg'lık bir cisim için g = 9,8 m/s² alınırsa N = 98 N, f = 0,3 × 98 = 29,4 N çıkar. Sürtünme kuvveti her zaman hareket yönünün tersindedir ve cisme uygulanan net kuvvete eklenirken işareti dikkate alınır.
Soruya başlarken önce cisim ayrılır, sonra üzerine etkiyen tüm kuvvetler oklarla gösterilir: ağırlık (m·g) merkezden aşağıya, normal kuvvet yüzeye dik ve yukarıya, uygulanan kuvvet ve sürtünme yatay eksen üzerinde. Ardından yatay ve düşey bileşenler ayrı ayrı toplanır; düşeyde genellikle denge (a = 0) sağlanır, net kuvvet yatayda kalır ve ikinci yasa ile ivme bulunur.
Birinci hareket yasası, cisimlerin net kuvvet uygulanmadığı durumlarda durumlarını korumasını açıklar. Örneğin, otobüsün frenlenmesi sırasında yolcuların öne savrulması, bu yasa tarafından açıklanır. Cisimlerin durumlarını korumaya çalışması, eylemsizlik kavramını temel alır. Bu durumda, yolcuların hızını korumaya çalışması, emniyet kemeri ile engellenir. Eylemsizlik, cisimlerin kendi hızlarını korumaya çalışmasıdır ve bu durum, net kuvvetin olmadığı durumlarda geçerlidir. Bu kavram, günlük hayatta araçların ve makinelerin tasarımında da önemli bir rol oynar. Cisimlerin durumlarını korumaya çalışması, özellikle hızlanma ve yavaşlama durumlarında dikkatli olunması gerektirir.
Yolcuların otobüsün frenlenmesinde öne savrulması, eylemsizlik kavramının pratik bir uygulamasıdır. Bu durumda, yolcuların hızını korumaya çalışması, net kuvvetin olmadığı durumlarda gerçekleşir. Eylemsizlik, cisimlerin kendi hızlarını korumaya çalışmasıdır ve bu durum, araçların ve makinelerin tasarımında da dikkatli bir şekilde ele alınır. Net kuvvetin olmadığı durumlarda, cisimler sabit hızla doğrusal harekete devam eder; bu durum, günlük hayatta birçok olaya yansır. Bu kavram, özellikle fizik derslerinde ve pratik uygulamalarda dikkatli bir şekilde ele alınır.
Birinci hareket yasası, cisimlerin net kuvvet uygulanmadığında durumlarını korumasını açıklar. Bu yasa, cisimlerin sabit hızla doğrusal harekete devam etmesini veya durmasını belirler. Örneğin, otobüsün hızını koruyarak hareketini sürdürmesi, eylemsizlik kavramının pratik bir uygulamasıdır. Cisimlerin durumlarını korumaya çalışması, net kuvvetin olmadığı durumlarda gerçekleşir ve bu durum, günlük hayatta araçların ve makinelerin tasarımında dikkatli bir şekilde ele alınır. Eylemsizlik kavramı, cisimlerin kendi hızlarını korumaya çalışmasıdır ve bu durum, net kuvvetin olmadığı durumlarda geçerlidir.
Net kuvvet bulunmadığı zaman cisimlerin durumlarını koruması, eylemsizlik kavramının temelini oluşturur.
Newton'un üç yasasını uygular, sürtünme kuvvetini hesaplar ve serbest cisim diyagramıyla net kuvveti belirlersiniz. Bu konuda ögrenme çıktıları:
Bu konuya başlamadan önce temel kavram ve ön koşulları kavramanız yardımcı olacaktır. Konunun çerçevesinde şu kavramlar dikkat ister:
Günlük yaşamda ve mesleki bağlamda bir uygulama:
Soru: 20 N net kuvvet etkisindeki 4 kg'lık bir cismin ivmesini bulunuz.
Sonuç/cevap: Cevap: İvme 5 m/s² ve net kuvvet yönündedir.
Daha ileri bir uygulama:
Soru: 37° eğimli, sürtünmesiz bir düzlemde bırakılan 5 kg'lık cismin aşağı yönlü ivmesini ve düzleme uyguladığı normal kuvveti bulunuz. (g = 9,8 m/s², sin 37° = 0,6, cos 37° = 0,8)
Sonuç/cevap: Cevap: İvme 5,88 m/s², normal kuvvet 39,2 N'dir.
Örnek 1: Temel F = m · a Uygulaması konusunun adımları:
| Kavram | Açıklama |
|---|---|
| İvme her zaman net kuvvetin yönündedir; | İvme her zaman net kuvvetin yönündedir; net kuvvet sıfırsa ivme de sıfırdır. |
| Etki ve tepki kuvvetleri farklı cisimler | Etki ve tepki kuvvetleri farklı cisimlere etki ettiği için birbirini dengelemez. |
| Sürtünme kuvveti normal kuvvetle doğru o | Sürtünme kuvveti normal kuvvetle doğru orantılıdır, cismenin kütlesiyle değil. |
| Sabit hızla hareket eden cismin net kuvv | Sabit hızla hareket eden cismin net kuvveti sıfırdır; duran cisim için de aynı durum geçerlidir. |
| Serbest cisim diyagramında her ok, gerçe | Serbest cisim diyagramında her ok, gerçekten etkiyen ayrı bir kuvvettir. |
| Birimler her zaman N = kg · m/s² birim k | Birimler her zaman N = kg · m/s² birim kontrolünden geçirilmelidir. |
Etki ve tepki kuvvetlerini denge sanmak: Duvara uygulanan kuvvet ile duvarın eli iten tepkisi farklı cisimlere etki eder, toplamları sıfır yapmaz.
Sürtünmeyi kütleye oranlamak: Sürtünme f = μ · N ile bulunur; kütlenin artması yalnızca normal kuvveti artırır, μ sabittir.
Ağırlığı normal kuvvete her zaman eşitlemek: İvmelenen asansörde N = m·g değildir; yukarı ivmede N = m(g + a), aşağı ivmede N = m(g − a) olur.
Sabit hızda net kuvveti pozitif almak: Sabit hız, net kuvvetin ve ivmenin sıfır olduğunu gösterir; iten kuvvet ancak sürtünmeye eşittir.
Sistemde tüm kuvvetleri tek cisme yazmak: İpi geren kuvvet, ipin ucundaki kütleye ayrı ayrı yazılmalı; aksi hâlde gerilme bulunamaz.
Newton yasaları hareketin nedenini tanımlar: net kuvvet yoksa ivme yoktur (birinci yasa), net kuvvet kütleye bölünerek ivme bulunur (F = m · a), her etkiye zıt bir tepki eşlik eder (üçüncü yasa). Sürtünme f = μ · N ile hesaplanır ve normal kuvvete bağlıdır. Serbest cisim diyagramı çizilip bileşenler toplandığında hem dengeli hem ivmelenen sistemlerde net kuvvet ve ivme güvenilir biçimde elde edilir.
Soru: Bir otomobilin kütlesi 1200 kg'dır ve motoru 3600 N net kuvvet sağlıyor. Aracın ivmesini hesaplayıp, kütlesi2 katına çıkan bir aracın aynı kuvvetle alacağı ivmeyi karşılaştırınız.
Örnek cevap: Puanlama anahtarı: a = F/m formülünü kurması 3 puan; birinci aracı için a = 3600/1200 = 3 m/s² bulması 4 puan; ikinci aracın kütle 2400 kg olduğunu belirtmesi 3 puan; ivmenin 1,5 m/s²ye düştüğünü, yani yarıya indiğini söylemesi 5 puan.
Hareketin nedenini açıklayan temel araç, Sir Isaac Newton'un 1687'de yayımladığı üç yasadır. Birinci yasa ne zaman net kuvvetin olmadığını, ikinci yasa net kuvvet varlığında ivmenin nasıl hesaplandığını, üçüncü yasa ise kuvvetin daima bir çift hâlinde oluştuğunu söyler. Bu üç yasa birlikte, günlük hayattaki itme-çekme…
İvme her zaman net kuvvetin yönündedir; net kuvvet sıfırsa ivme de sıfırdır.
Etki ve tepki kuvvetlerini denge sanmak: Duvara uygulanan kuvvet ile duvarın eli iten tepkisi farklı cisimlere etki eder, toplamları sıfır yapmaz. Sürtünmeyi kütleye oranlamak: Sürtünme f = μ · N ile bulunur; kütlenin artması yalnızca normal kuvveti artırır, μ sabittir.
Birinci yasa: ΣF = 0 ise cisim duruyorsa kalır, sabit hızla gidiyorsa aynı hızda devam eder. · İkinci yasa: F = m · a, burada F newton (N), m kilogram (kg), a metre/saniye karesi (m/s²). · Üçüncü yasa: F_etki = −F_tepki (aynı büyüklük, zıt yön, farklı cisimlere etkiler). · Ağırlık: G = m · g, yer yüzeyinde g ≈ 9,8…
Newton'un birinci yasasını eylemsizlik ve net kuvvet kavramıyla ilişkilendirir. Newton'un ikinci yasasını kullanarak kütle, kuvvet ve ivme büyüklüklerinden birini hesaplar. Newton'un üçüncü yasasını tepki kuvveti örneğiyle açıklar ve etki-tepki çiftini ayırt eder.
Net kuvvet sıfır olan bir cisim için hangisi doğrudur?
Doğru cevap: A) İvmesi sıfırdır
İvmesi sıfırdır kavramı Newton'un Hareket Yasaları konusunun temel bir kavramıdır. Detaylar konu anlatımında verilmiştir.
Yukarı doğru 2 m/s² ivmelenen asansördeki 50 kg'lık yolcunun tabana uyguladığı kuvvet kaçtır? (g = 10 m/s²)
Doğru cevap: D) 600 N
Yukarı yön pozitif: N − mg = ma → N = 50 × 10 + 50 × 2 = 500 + 100 = 600 N. Ağırlığa ivme kuvveti eklenir.
Sürtünmesiz yatay zeminde ip ile bağlı 2 kg ve 3 kg'lık kutular, 2 kg'lık kısma uygulanan 10 N ile çekiliyor. İp gerilmesi kaçtır? (3 kg'lık kısım arkada.)
Doğru cevap: C) 6 N
Sistem ivmesi a = 10 / 5 = 2 m/s²'dir; ip yalnız arkadaki 3 kg'lık kütleyi çektiğinden T = 3 × 2 = 6 N olur.
Konu anlatımları hesapsız okunur. Quiz, slayt ve deneme için hesap gerekir.
Fizik için çalışma yolu
Konu anlatımları hesapsız okunur; quiz, slayt ve deneme için hesap gerekir.
Bu sayfa Newton'un Hareket Yasaları konusunun anlatımını, kazanımlarını ve örnek sorularını içerir. Konuyla ilgili tüm sorular için testi çöz, diğer konular için DersTeders ana sayfasına geçebilirsin.
Bu konuyu çalış: hesap aç, ilerlemen kaydedilsin.
Hesap aç