Kuvvet ve bileşke kuvvet; Newton’ın 1. yasası (eylemsizlik), 2. yasası (F = m·a) ve 3. yasası (etki-tepki); kütle ve ağırlık farkı (G = m·g); serbest cisim diyagramı çizme adımları; ağırlık, normal kuvvet, gerilme, uygulanan kuvvet; yatay düzlemde, ipli sistemlerde ve asansörde hareket problemleri; eğik düzlemde ağırlığın bileşenleri.
Newton’ın hareket yasaları
| Yasa | İfade | Örnek |
|---|---|---|
| 1. Yasa (Eylemsizlik) | Bileşke kuvvet sıfırsa cisim duruyorsa durur, hareket ediyorsa sabit hızla devam eder. | Fren yapan otobüste yolcuların öne savrulması; emniyet kemerinin önemi |
| 2. Yasa (Temel yasa) | F_net = m · a → İvme bileşke kuvvetle doğru, kütleyle ters orantılı | 1000 kg’lık arabaya 2000 N net kuvvet → a = 2 m/s² |
| 3. Yasa (Etki-tepki) | A, B’ye kuvvet uygularsa B de A’ya eşit büyüklükte, zıt yönde kuvvet uygular; kuvvetler farklı cisimlere etki eder. | Roketin gazı itmesi, gazın roketi itmesi; yürürken yeri geriye itmemiz |
Kütle ve ağırlık: Kütle (kg) madde miktarıdır, her yerde aynıdır. Ağırlık G = m · g (N) yer çekimi kuvvetidir; Ay’da yaklaşık 1/6’sıdır.
Serbest cisim diyagramı
Serbest cisim diyagramı (SCD): Bir cisme etki eden tüm kuvvetlerin ok ile gösterildiği çizim
Adımlar:
- İncelenecek cismi seç ve nokta/kutu olarak çiz.
- Ağırlık (G): daima aşağı
- Normal kuvvet (N): Temas yüzeyine dik, yüzeyden dışarı
- Gerilme (T): İp boyunca, cisimden dışarı
- Uygulanan kuvvet (F) ve sürtünme (f): Harekete veya hareket eğilimine zıt
- Eksen seç, kuvvetleri bileşenlerine ayır, F_net = m·a yaz.
⚠️ Etki-tepki kuvvetleri farklı cisimlere etki ettiği için aynı SCD’de gösterilmez.
Uygulamalar: asansör, ipli sistem, eğik düzlem
Asansör (m = 60 kg, g = 10 m/s²): Tartının gösterdiği değer = N
| Durum | Denklem | N |
|---|---|---|
| Sabit hızla / duruyor | N = mg | 600 N |
| 2 m/s² ile yukarı hızlanıyor | N − mg = ma | 720 N (“ağırlaşırız”) |
| 2 m/s² ile aşağı hızlanıyor | mg − N = ma | 480 N |
| Serbest düşüyor (a = g) | N = 0 | 0 (ağırlıksızlık hissi) |
İpli sistem: Sürtünmesiz masadaki 3 kg’lık kutu, makaradan sarkan 2 kg’lık kütleye bağlı: a = m₂g/(m₁ + m₂) = 20/5 = 4 m/s², T = m₁·a = 12 N
Eğik düzlem (α açılı, sürtünmesiz): Ağırlığın eğim boyunca bileşeni mg·sin α, yüzeye dik bileşeni mg·cos α = N → a = g·sin α
Kavramlar
- eylemsizlik
- cismin hareket durumunu koruma eğilimi
- bileşke kuvvet
- tüm kuvvetlerin vektörel toplamı
- normal kuvvet
- yüzeyin dik tepkisi
- gerilme
- ipteki kuvvet
- serbest cisim diyagramı
- cisme etki eden kuvvetlerin çizimi
- 1. yasa: net kuvvet sıfırsa durum korunur (eylemsizlik)
- 2. yasa: F_net = m·a
- 3. yasa: etki-tepki eşit, zıt, farklı cisimlerde
- Ağırlık G = mg; kütle her yerde aynı
- SCD: G aşağı, N yüzeye dik, T ip boyunca, f harekete zıt
- Eğik düzlemde a = g·sin α (sürtünmesiz)
Örnek soru ve çözümü
Şekildeki 5 kg’lık kutuya F = 30 N uygulanıyor ve sürtünme f = 10 N ise ivme kaçtır? N ve G kaç N’dur? (g = 10 m/s²)
F_net = 30 − 10 = 20 N → a = 20/5 = 4 m/s². Düşeyde denge: N = G = 50 N.
Çözümlü örnekler
1. 4 kg’lık bir cisme 12 N net kuvvet uygulanırsa ivmesi kaçtır? Kolay
Çözüma = 12/4 = 3 m/s².
2. 70 kg’lık bir kişi 3 m/s² ile yukarı hızlanan asansörde tartıda kaç N görür? (g = 10) Orta
ÇözümN = m(g + a) = 70 · 13 = 910 N.
3. Sürtünmesiz 37°’lik eğik düzlemde bırakılan cismin ivmesi kaçtır? (sin 37° = 0,6) Zor
Çözüma = g · sin 37° = 6 m/s².
Sık yapılan hatalar
- Etki-tepki kuvvetlerinin birbirini dengelediğini sanmak (farklı cisimlere etki eder).
- Kütle ile ağırlığı aynı sanmak.
- Sabit hızla giden cisme net kuvvet etki ettiğini düşünmek.
Biliyor muydun?
Uluslararası Uzay İstasyonu’ndaki astronotlar aslında Dünya’nın çekim alanının içindedir; “ağırlıksız” görünmelerinin nedeni istasyonla birlikte sürekli serbest düşüşte olmalarıdır!