Konu anlatımı
Bir topa vurduğunda, bir kapıyı ittiğinde ya da bir mıknatıs bir ataşı çektiğinde kuvvet uygulanır. Bu alt başlıkta kuvvet çeşitlerini, doğadaki dört temel kuvveti, kuvvetlerin dengelendiği durumları ve Newton'ın birinci yasası olan eylemsizlik ilkesini göreceksin.
Kuvvet ve çeşitleri
Kuvvet, bir cismin hareket durumunu ya da biçimini değiştirebilen etkidir; vektöreldir, birimi newtondur ve dinamometreyle ölçülür. İtme, çekme, sürtünme, ipteki gerilme ve yüzeyin uyguladığı tepki kuvveti gibi kuvvetler ancak cisimler birbirine değdiğinde ortaya çıkar; bunlara temas gerektiren kuvvetler denir. Kütle çekim kuvveti, elektriksel kuvvet ve manyetik kuvvet ise cisimler arasında uzaklık olsa da etki eder; bunlar temas gerektirmeyen kuvvetlerdir.
Dört temel kuvvet
Doğadaki bütün kuvvetler dört temel kuvvete dayanır. Kütle çekim kuvveti bütün kütleler arasında etki eder; kütleler büyüdükçe artar, aralarındaki uzaklık arttıkça azalır ve gezegenleri yörüngelerinde tutar. Elektromanyetik kuvvet yüklü parçacıklar arasında etki eder; sürtünme ve tepki kuvveti gibi temas kuvvetlerinin kaynağı da budur. Güçlü nükleer kuvvet atom çekirdeğindeki proton ve nötronları bir arada tutar. Zayıf nükleer kuvvet bazı radyoaktif bozunmalardan sorumludur. Kütle çekim kuvvetinin hesabına TYT'de girilmez.
Dengelenmiş kuvvetler ve eylemsizlik
Bir cisme etkiyen kuvvetlerin bileşkesi, yani net kuvvet sıfırsa kuvvetler dengelenmiştir. Bu durumda duran cisim durmaya, hareket eden cisim sabit hızla düz bir çizgide gitmeye devam eder. Cisimlerin hareket durumlarını koruma eğilimine eylemsizlik denir ve bu ilke Newton'ın birinci hareket yasasıdır. Otobüs aniden fren yapınca yolcuların öne savrulması ve emniyet kemerinin hayat kurtarması eylemsizlikle açıklanır. Net kuvvet sıfır değilse kuvvetler dengelenmemiştir ve cismin hızının büyüklüğü ya da yönü değişir.
İbn-i Sina'nın katkısı
11. yüzyılda yaşayan İbn-i Sina, fırlatılan bir cismin kendisine aktarılan bir eğilim (meyl) sayesinde hareketini sürdürdüğünü, bu eğilimin hava direnci gibi engellerle tükendiğini ve engel olmasaydı hareketin süreceğini ileri sürmüştür. Bu düşünce, yüzyıllar sonra Newton'ın ifade ettiği eylemsizlik kavramının öncülleri arasında sayılır.
Çözümlü örnekler
Örnek 1. Sürtünmesiz yatay bir zeminde duran bir sandığa aynı doğrultuda üç kişi kuvvet uyguluyor: Ali sağa 50 N, Berk sağa 30 N, Cem sola 70 N. Sandığa etkiyen net kuvvet nedir? Cem kuvvetini 80 N'a çıkarırsa ne olur?
Çözüm. Sağı pozitif seçeriz: net kuvvet (+50) + (+30) + (−70) = +10 N, yani sağa doğru 10 N'dur. Kuvvetler dengelenmemiştir; sandık sağa doğru hızlanmaya başlar. Cem 80 N uygularsa net kuvvet (+50) + (+30) + (−80) = 0 olur. Kuvvetler dengelenir; sandık duruyorsa durmaya, hareket ediyorsa sabit hızla gitmeye devam eder.
Örnek 2. Bir paraşütçü açık paraşütüyle sabit hızla aşağı iniyor. Paraşütçüye etkiyen ağırlık ile hava direnci için ne söylenebilir?
Çözüm. Paraşütçü sabit hızla indiği için ivmesi sıfırdır; Newton'ın birinci yasasına göre üzerine etkiyen kuvvetler dengelenmiştir. Aşağı doğru etkiyen ağırlık ile yukarı doğru etkiyen hava direnci eşit büyüklüktedir ve net kuvvet sıfırdır. Paraşütçünün aşağı doğru hareket etmesi, aşağı doğru net bir kuvvet olduğu anlamına gelmez; sabit hızlı harekette net kuvvet sıfırdır.
Sık yapılan hatalar
- Hareket eden her cisme hareket yönünde net bir kuvvet etki ettiğini düşünmek.
- Kütle çekim kuvvetinin yalnızca Dünya ile cisimler arasında olduğunu sanmak; bütün kütleler birbirini çeker.
- Dengelenmiş kuvvetlerin etkisindeki cismin mutlaka durgun olduğunu sanmak; cisim sabit hızla da hareket ediyor olabilir.
- Temas gerektiren kuvvetler: itme, çekme, sürtünme, gerilme; gerektirmeyenler: kütle çekim, elektriksel, manyetik.
- Dört temel kuvvet: kütle çekim, elektromanyetik, güçlü nükleer ve zayıf nükleer.
- Net kuvvet sıfırsa cisim durur ya da sabit hızla gider (eylemsizlik).