8 Mart 2012 Perşembe

Kuvvet ve Hareket

1.   SÜRATİ TANIYALIM

Çevrenizdeki herşeyin durgun olduğunu mu düşünüyorsunuz?
Galaksi ve yıldızlardan, atomlara kadar tabiattaki herşey hareket halindedir. Bundan dolayı insanların ilgisini çeken konuların başında hareket gelir.
Eviniz ile çocuk parkının arasındaki uzaklığın kaç metre olduğunu biliyor musunuz? Evden parka ne kadar zamanda gidiyorsunuz?
Evden parka yürüyerek mi yoksa koşarak mı gidersek daha kısa zamanda ulaşırız?

Sürati Hesaplayalım
Dikkat edilirse, verilen tüm örneklerde yol ve yolun alınması için geçen zaman birlikte düşünüldüğünde sürat kavramı ortaya çıkıyor. Bir cismin birim zamanda aldığı yola sürat denir.
Buna göre;
Sürat =  olarak ifade edilir.
Sürati (v), alınan yolu (x) ve geçen zamanı da (t) harfleriyle ifade edebiliriz.
Buna göre;                                                  dir.
Fizik bilimi hareket konusunda sadece süratle ilgilenmez. Hareketlinin hareket yönü, hareket doğrultusu başlangıç noktası bir fizikçi için çok önemlidir.
Bir cismin aldığı yolu metre(m), geçen zamanı saniye(s) birimleri ile gösterdiğimizde sürat birimini nasıl ifade ederiz?
Sürat birimi :        ’den 
                    v=    olarak bulunur.
1 km = 1000 m = 100.000 cm = 1000.000 mm
1h = 60 dk = 3600 s
        90 km/h kaç m/s’dir?
90    dir.
SABİT SÜRATLİ HAREKET
Durgun haldeki bütün cisimler hareket­lenebilir. Hareketli cisimler ise sabit bir süratle hareket edebilir. Sabit bir süratle hareket eden  cisimler aynı zaman aralıklarında aynı yolları alırlar.
Hareketlinin izlediği yol boyunca sürati şekildeki gibi değişmiyor veya araç eşit zaman aralıklarında eşit yol parçalarını alıyorsa bu tür harekete düzgün doğrusal hareket (sabit süratli hareket) denir.
    Mert evinden 4800m uzaktaki okuluna 2400 saniyede varıyor.
      Buna göre; sabit sürati kaç m/s’dir?
      A) 1                  B) 1,5                     C) 2                  D) 2,5
  Sürat = denkleminde     Sürat == 2 m/s olarak bulunur.
    300 km’lik yolu 6 saatte alan bir otomobilin sürati kaç km/h’dir?
      A) 10                      B) 30                      C) 40                      D) 50
                Sürat = denkleminden
       Sürat == 50 km/h olarak bulunur.
İnsanlarda, kuşlar gibi uçmak arzusunun başladığı çok eski tarihlerden beri yapılan çeşitli uçma girişimleri bir tarafa bırakılırsa asıl anlamda ilk uçuşlar 20. yüzyılda gerçekleştirildi. Yerçekimi kuvvetini mekanik enerjiyle yenme prensibine dayanan uçaklar kısa zamanda hızla gelişti. Planör, helikopter ve otojir tipi uçuş araçları da uçağın havada kalma prensibine dayanır. Kaldırma kuvveti uçan aracın sahip olduğu mekanik enerji vasıtasıyla kanat denilen kaldırma yüzeylerinde meydana gelir. Balon ve zeplinlerdeyse kaldırma kuvveti, havadan hafif gazların hava içinde yükselmesiyle oluşur.
İlk uçuşlarda ancak saatte 20-25 km, 1935’lerden sonra ise yüzlerce km hızlara çıkılabildi. Uçağın havada kat edebildiği mesafe, yani menzili ve çıkabildiği maksimum yükseklik (irtifa) ilk zamanlarda çok düşüktü. Gelişen teknolojiye paralel olarak menzil yirmi bin km’nin üstüne, irtifa ise on bin metreye kadar çıktı. Bunlara paralel olarak uçakların ağırlığı da süratle arttı. İlk zamanlar kg’la ifâde edilirken artık tonlarla ifade edilmektedir.
Sabit süratleri sırasıyla vX = 20m/s, vY = 30m/s olan iki araç K ve L noktalarından aynı anda geçiyor.
K ve L noktaları arasındaki uzaklık 400m olduğuna göre, araçlar kaç saniye sonra karşılaşırlar?
A) 8                        B) 6                        C) 5                        D) 4
   X aracı 1 saniyede 20 metre, Y aracı ise saniyede 30 metre yol alıyor. Araçlar toplamda 1 saniye 50 metre yol alırlar. Buna göre, 400 metrelik yol 8 saniyede alınmış olur.
2.   KUVVETİ ÖLÇELİM
Plastik bir cetveli iki elinizle bükerseniz cetvel bundan nasıl etkilenir? Bir yayı çektiğinizde ne gözlemlersiniz? Boş bir pet şişeye kuvvet uygulandığında şişenin şekli değişir mi?
Futbol oynarken topa vurduğunuzda top neden harekete geçer. Ya da bir balonun uçup gitmesini nasıl engellersiniz?
Görüldüğü gibi cisimlerde şekil değişikliği yaratan ya da geçici şekil değişikliğine neden olan, duran bir cismi harekete geçiren, ya da  hareketli bir cismi durduran etkiye kuvvet denir.
Sizce yukarıdaki örneklerde uygulanan kuvvetler eşit büyüklükte midir? Eğer kuvvetler farklı büyüklükte olursa bu değeri nasıl ölçeriz?
Bir kuvvetin büyüklüğü dinamometre ile ölçülür. Birimi  Newton’dur ve F harfi ile ifade edilir.
Bir cisme etkiyen kuvvet oklarla gösterilebilir. Ok kuvvetin yönünü ve büyüklüğünü gösterir.
A : Uygulama noktası
Yönü : Doğu
Şiddeti : 5
Birim : Newton
Doğrultusu : Doğu-Batı
Yatay düzlemde hareket eden cisme etkiyen kuvvet yukarıdaki gibi incelenir.
 DENEY
Dinamometre
Deneyin Amacı: Kuvvetin Ölçülmesi
Araç ve Gereçler: 10 N’a kadar ölçüm yapılabilen dinamometreler ve sınıfta kullanılan farklı cisimler.
Deneyin Yapılışı:
1.    Öncelikle dinamometrenin yapısını inceleyiniz. Dinamometre nelerin birleştirilmesiyle elde edilmiştir.
2.    Sınıftaki 10N’dan daha hafif materyalleri dinamometrenin çengeline takarak ölçüm yapınız. Her
       bir materyal için dinamometreden okunan değerleri bir kağıda not ediniz.
3.    Not aldığınız ölçümleri inceleyiniz. Neden birbirinden farklı sonuçlar elde ettiğinizi yorumlayınız.
4.    Şimdi de dinamometreye 10 N’dan daha ağır bir cisim takınız. Dinamometrede nasıl bir durum gözlenmektedir. Yaptığınız ölçüm sonucu sizce doğru mu? Neden?
Ya da topu havaya doğru fırlattığımızda topa uyguladığımız kuvvetin yönü ve doğrultusu için ne söyleyebilirsiniz.
Verdiğiniz cevapları inceleyerek yön ve doğrultu kavramları arasındaki farkı yorumlayabilir misiniz?

TEMAS GEREKTİREN KUVVETLER
      Durgun olan cisimleri harekete geçirmek için cisimler üzerine kuvvet uygulamak gerekir. Bu kuvvet itme veya çekme yönünde olabilir.
Topa vuran çocuk ve topu iten çocuk hareket ettirdikleri cisimlerle temas halindedir. Fiziksel temas sonucunda cisimlere etkiyen kuvvetlere temas gerektiren kuvvetler denir. Defteri silerken silgiye, camı silerken cama uygulanan kuvvetlerle birlikte, yelkenliyi hareket ettiren rüzgarda temas gerektiren kuvvetlere örnektir.
DENEY 2
1.   Pusula yardımıyla sınıfınızın güney, kuzey, batı ve doğu yönlerini belirleyin ve yere tebeşir yardımıyla bu yönleri çiziniz.
2.   İpin bir ucundan siz, diğer ucundan bir arkadaşınız tutarak doğu ve batı yönlerine geçiniz.
     Daha sonra ipin her iki ucundan kuvvet uygulayarak çekin.
3.   Ne tarafa doğru hareket ettiğinizi gözlemleyin. Neden?
4.   Sizin ve arkadaşınızın uyguladığı kuvvetlerin yönü ve doğrultusu için ne söyleyebilirsiniz? Aynı yönlü mü yoksa zıt yönlü mü kuvvetler uyguladınız?
5.   Hareket yönünüze bakarak hanginizin uyguladığı kuvvetin daha büyük olduğunu söyle­ye­bilir misiniz?
6.   Bu deneyi diğer iki arkadaşınız kuzey-güney doğrultusunda yaptığında gerçekleşen olayları göz­lemleyiniz.
Eğer iki kuvvetin uygulama yönü aynı ise bu kuvvetlere aynı yönlü kuvvetler, eğer kuvvetlerin yönü zıt ise bunlara da zıt yönlü kuvvetler denir.
Şimdi aşağıdaki kuvvetleri zıt ya da aynı yönlü kuvvetler diye sınıflandıralım.
Dengelenmiş ve Dengelenmemiş Kuvvetler
Bir masanın üzerindeki pastayı almaya çalışan Buse ve Başak tabağı zıt yönlerde eşit büyüklükteki kuvvetlerle çekerse tabak hareket eder mi? Tabağı Buse’nin alabilmesi için nasıl bir kuvvet uygulanmalıdır?
Şekildeki gibi bir arabaya iki kişi zıt yönlü ve aynı yönlü 5N büyüklüğünde kuvvetler uygulamaktadır. Bu durumda arabaların hareketi için ne söylenebilir? Arabalara etkiyen kuvvetler kaç N’dur? Peki bu kuvvetlerin etkisini yaratabilecek tek bir kuvvet düşünülebilir mi?
Bir noktaya etki eden en az iki kuvvetin yaptığı etkiyi tek başına yapabilen kuvvete bileşke(net) kuvvet denir. Bu kuvvet R harfiyle ifade edilir.
Buna göre; şekildeki cisimlere etki eden net kuvvetleri bulabilir misiniz?
Bir cisme etki eden kuvvetler aynı yönlü ise bileşke kuvvet iki kuvvetin toplanmasıyla elde edilir.Bileşke kuvvetin yönü uygulanan kuvvetlerle aynı yöndedir.
   Şekildeki sistemde bileşke kuvvet;
        R = F+ F2 = 2+4 = 6N’dur.
Bir cisme etki eden kuvvetler zıt yönlü ise bileşke kuvvet, büyük kuvvetten küçük kuvvet çıkartılarak bulunur. Bileşke kuvvet büyük kuvvet yönündedir.
   Şekildeki sistemde bileşke kuvvet;
R = F1 –F2 = 6–3 = 3N’dur.
Eğer bir cisme etki eden bileşke kuvvet sıfır ise ya da hiçbir kuvvet etki etmiyorsa cisim dengelenmiş kuvvetlerin etkisindedir.Cisim bu durumda ha­reketsiz kalır.
Eğer bir cisme etki eden bileşke kuvvet sıfırdan farklı ise cisim dengelenmemiş kuvvetlerin etkisindedir.
Buna göre,  çevrenizdeki cisimlere bakarak den­gelen­miş ve dengelenmemiş kuvvetlerin etkisinde olup ol­madıklarını yorumlayınız. Dengelenmiş ve dengelen­memiş kuvvetler etkisinde cisimlerin hareketi için ne söyleyebilirsiniz?
Temas Eden ve Temas Etmeyen Kuvvetler
Aşağıdaki tabloda verilen kuvvetlerden hangileri temaslı kuvvet, hangileri temas etmeyen kuvvetlerdir.
Kuvvet Çeşitleri Temaslı Kuvvet Temas Etmeyen Kuvvetler
Yerçekimi Kuvveti

Suyun Kaldırma Kuvveti

İtme Kuvveti

Kütle Çekim Kuvveti

Hava Direnci

Magnetik Kuvvet

Elektriksel Kuvvet

AĞIRLIK
Havaya attığınız bir top yere neden düşer? Sepeti yukarı çıkarmaya çalışan bir çocuk ipi elinden bırak­tığında sepete ne olur? Dağa tırmanan bir  dağcı den­gesini kaybettiğinde aşağı düşmesine neden olan kuvvet nedir?
Yukarıda anlatılan örneklerin hepsinde cisimlerin hareketine  neden olan kuvvet, dünya ile cisimler arasında oluşan ve yerin merkezine doğru olan yerçekimi kuvvetidir. Yerçekimi kuvvetinin varlığını bulan bilim adamı Isacc Newton’dur.
Ayrıca Newton tüm cisimlerin diğer cisimlere bir çekim kuvveti uyguladığını söylemiş ve bu kuvvetin ismine kütle çekim kuvveti demiştir. Peki neden bir masa ile bir kitap birbirini çekmesine rağmen çekim kuvveti hissedilmiyor.
Cisimler arasındaki çekim kuvveti kütlelerle doğru orantılı, cisimler arasındaki uzaklıkla ters orantılıdır.
Yerçekiminin Etkileri
Araç ve Gereçler:  20 N ağırlığında tahta blok.
Deneyin Yapılışı:
1.    Yerde duran tahta bloğu bir masanın üzerine çıkartın.
2.    Masa üzerindeki tahta bloğu yere bırakın. Bloğu masa üzerine çıkarmakla, elinizden bırakmak arasında nasıl bir fark vardır? Sizce bunun nedeni nedir?
Ağırlık, bir cisme etki eden yerçekimi kuvvetidir. Kütle ise, cismin sahip olduğu değişmeyen madde miktarıdır. Kütle terazi ile ölçülürken ağırlığı ölçmek için dinamometre kul­lanılır.
Fatoş, Barış ve Ayşe bir taşa birbirine paralel şekilde belirtilen kuvvetleri uyguluyorlar.
Buna göre, taşa etkiyen bileşke kuvvetler kaç Newton’dur?
(Sürtünmeler önemsenmiyor)
I. Şekil
II. Şekil
III. Şekil
IV. Şekil
1.    Kuvvet nedir?
2.    Temaslı ve temassız kuvvetleri tanımlayınız.
3.    Ağırlık nedir?
4.    Kütle ve ağırlık arasındaki ilişki nedir?
5.    Kuvvet uygulanan bir yayın uzama miktarı nelere bağlıdır?
Doğru mu  Yanlış mı?
4.    I. ve II. cisme zıt yönlü kuvvetler etki etmektedir.
Doğru


Yanlış

5.    I. ve III. cisme etki eden bileşke kuvvetler aynı yönlüdür.
Doğru


Yanlış

6.    G yerçekimi kuvveti bir temas kuvvetidir.
Doğru


Yanlış

Doğru mu,  yanlış mı?
4.    Ay’ın çekim kuvveti dünyadan küçüktür.
Doğru


Yanlış

5.    Bebek Ay’da daha ağırdır.
Doğru


Yanlış

6.    Bebeğe Dünya’da etki eden kütle çekim kuvveti daha büyüktür?
Doğru


Yanlış