Hareket ve Kuvvet konu anlatımı

Konu anlatımı

Hareket, bir cismin seçilen bir referans noktasına göre konumunun zamanla değişmesidir. Kuvvet ise bir cismin hareket durumunu ya da biçimini değiştirebilen etkidir. Bu konu, cisimlerin nasıl hareket ettiğini betimleyen kavramları, hareketi değiştiren kuvvetleri ve Newton'ın hareket yasalarını bir araya getirir.

Bu sayfada hareket türlerini, konum, yol, yer değiştirme, sürat ve hız kavramlarını, düzgün doğrusal hareketin grafiklerini, ortalama hızı, ivmeyi, kuvvet çeşitlerini, Newton'ın üç yasasını ve sürtünmeyi göreceksin. TYT'de sayısal hesap düzgün doğrusal harekette ve yatay düzlemde tek bir cisme etkiyen net kuvvette yapılır; ivmeli hareketin grafikleri ve sürtünme nitel olarak sorulur.

Hareket türleri ve referans noktası

Cisimlerin hareketi öteleme, dönme ve titreşim olarak sınıflandırılır. Öteleme hareketinde cismin bütün noktaları aynı yönde ve aynı miktarda yer değiştirir; kayan bir kızak öteleme yapar. Dönme hareketinde cisim bir eksen çevresinde döner; vantilatör kanadı buna örnektir. Titreşim hareketinde cisim bir denge konumu çevresinde gidip gelir; gitar teli ve salıncak bu hareketi yapar. Bir cismin hareketli mi durgun mu olduğu seçilen referans noktasına göre değişir: trende oturan yolcu trene göre durgun, perondaki birine göre hareketlidir.

Konum, yol, yer değiştirme, sürat ve hız

Konum, bir cismin referans noktasına göre yerini belirten vektördür. Alınan yol, hareket boyunca izlenen yolun uzunluğudur ve skalerdir. Yer değiştirme, son konum ile ilk konum arasındaki farktır ve vektöreldir: Δx = son konum − ilk konum. Sürat birim zamanda alınan yol, hız ise birim zamanda yapılan yer değiştirmedir. Sürat skaler, hız vektöreldir; ikisinin de birimi m/s'dir.

Düzgün doğrusal hareket

Bir doğru boyunca sabit hızla yapılan harekete düzgün doğrusal hareket denir; cisim eşit zaman aralıklarında eşit yer değiştirmeler yapar ve konumu x = x₀ + v·t bağıntısına göre değişir. Konum-zaman grafiği eğik bir doğrudur ve eğimi hızı verir. Hız-zaman grafiği zaman eksenine paralel bir doğrudur ve bu doğrunun altındaki alan yer değiştirmeyi verir. İki aracın konum-zaman doğrularının kesiştiği an, araçların karşılaştığı andır.

Ortalama hız

Ortalama hız, toplam yer değiştirmenin toplam süreye oranıdır; ortalama sürat ise toplam yolun toplam süreye oranıdır. Başladığı yere dönen bir cismin ortalama hızı sıfırdır ama ortalama sürati sıfır değildir. Ortalama hız, bölümlerdeki hızların aritmetik ortalaması değildir. Bir cismin belli bir andaki hızına anlık hız denir; araçlardaki hız göstergesi anlık sürati gösterir. Trafikte yeşil dalga sistemi ardışık ışıkları, belli bir hızla giden araçlar hep yeşile denk gelecek biçimde ayarlar.

İvme

Birim zamandaki hız değişimine ivme denir: a = Δv/Δt ve birimi m/s²'dir. İvme ile hız aynı yöndeyse cisim hızlanır, zıt yöndeyse yavaşlar. Sabit ivmeli harekette hız-zaman grafiği eğik bir doğrudur ve eğimi ivmeyi gösterir; ivme-zaman grafiği zaman eksenine paralel bir doğrudur. TYT programında ivme nitel olarak işlenir: ivme hesaplanmaz, grafikler arasında dönüşüm yapılmaz ve sabit ivmeli hareketin konum-zaman grafiği kullanılmaz.

Kuvvet ve Newton'ın yasaları

Kuvvet, bir cismin hareket durumunu ya da biçimini değiştirebilen etkidir; birimi newtondur ve dinamometreyle ölçülür. Bir cisme etkiyen kuvvetler dengelenmişse, yani net kuvvet sıfırsa, duran cisim durmaya, hareketli cisim sabit hızla düz bir çizgide gitmeye devam eder (eylemsizlik). Net kuvvet sıfır değilse cisim net kuvvet yönünde ivme kazanır: net kuvvet = m·a. İki cisim etkileşirken birbirlerine eşit büyüklükte ve zıt yönlü kuvvetler uygular; bunlara etki-tepki kuvvetleri denir. Ağırlık, cisme etkiyen yer çekimi kuvvetidir: G = m·g.

Sürtünme kuvveti

Birbirine değen iki yüzey arasında, kaymaya ya da kayma eğilimine karşı koyan kuvvete sürtünme kuvveti denir. Sürtünme kuvveti yüzeylerin cinsine ve yüzeyleri birbirine bastıran dik kuvvete, yani normal kuvvete bağlıdır; temas alanına bağlı değildir. Cisim kaymıyorken etkiyen statik sürtünme, uygulanan kuvvetle birlikte en büyük değerine kadar artar; kayan cisme etkiyen kinetik sürtünme genellikle en büyük statik sürtünmeden küçüktür. TYT'de sürtünme kuvveti hesaplatılmaz; bağlı olduğu değişkenler ve yönü sorulur.

Çözümlü örnekler

Sık yapılan hatalar

• Ortalama hızı, bölümlerdeki hızların aritmetik ortalaması sanmak.
• Yer değiştirme ile alınan yolu, hız ile sürati karıştırmak.
• Hızı sıfır olan cismin ivmesinin de sıfır olduğunu sanmak.
• Hareket eden her cisme hareket yönünde net bir kuvvet etki ettiğini düşünmek; sabit hızlı cisimde net kuvvet sıfırdır.
• Etki-tepki kuvvetlerinin birbirini dengelediğini sanmak; bu kuvvetler farklı cisimlere etki eder.
• Sürtünme kuvvetinin temas alanı büyüdükçe arttığını sanmak.