TEKNOLOJİNİN BİLİMSEL İLKELERİ I

SI birim sisteminde kuvvetin birimi olarak kullanılan Newton, kg. m/s² eşittir. Doğru cevap A'dır.

İlk cismin üzerindeki kuvvet

F=m₁ a₁=6 kg . 4 m/s²=24 N

İkinci cismin üzerine etkiyen kuvvet de aynı olmalıdır.

F=m₂ a₂

24 N=m₂ 8 m/s²

m₂= 3 kg

Doğru cevap E'dir.

Newton'un hareket denkleminden

F=m a

50 N=25 10^-3 kg .a

a=0.025m/s²

Doğru cevap A'dır.

W_Mars=m.g_Mars

W_Mars=2,5.10³ kg . 3,8

W_Mars=9500 N

Doğru cevap B'dir.

WDünya=m.g_Dünya

WDünya=2,5.10³ kg . 9,8

WDünya=24500 N

Doğru cevap B'dir.

F=m.a

120N=80 kg. a

a=1.5 m/s²

Doğru cevap B'dir.

F_net=m.a

F-f_sürtünme=m.a

F-µ N=m.a

240.cos 60 N-0,6.20 kg.9.8 m/s² =20.a

120 N-117,6 N=20.a

a=0,12 m/s²

Doğru cevap E'dir.

Taşın merkezcil ivmesi

a=v² / r

a=(1 m/s)² / 0.2 m

a=5 m/s²

Doğru cevap C'dir.

Taşın merkezcil ivmesi

a=v² / r

a=(1 m/s)² / 0.2 m

a=5 m/s²

İpteki gerilme kuvveti

F=m a

F=0.05 kg 5 m/s²

F=0.25 N

Doğru cevap A'dır.

F= k x= m g

k 0.1 m=0.5 kg 9.8 m/s²

k=4.9 N/m

Doğru vevap D'dir.

Günlük yaşantımızda havaya fırlatılan bir taşın bir süre sonra yere düştüğünü, fren yapan bir otomobilin bir süre sonra durduğunu, buz üzerindeki bir kızağın itildiğinde hızlandığını, bir yayın iki ucundan tutulup çekildiğinde uzayarak gerildiğini, kapıların itildiğinde menteşeleri etrafında döndüğünü gözlemleriz. Aralarında ister temas olsun ister olmasın cisimleri hareket ettiren veya cisimlerin hareketini kısıtlayan bu tür etkileri kuvvet kavramı ile açıklamak mümkündür. Kuvvet, gözle görülmeyen fakat etkileri gözlenen veya hissedilen herhangi bir itmeye veya çekmeye verilen isimdir. Bir cisim üzerine etki eden kuvvet onun nasıl hareket edeceğini belirler. Üzerine herhangi bir kuvvet etki etmeden duran bir cisim kendi kendine harekete geçemez. Diğer taraftan hareket halindeki bir cisim üzerine etki eden kuvvet ise onu hızlandırabilir, yavaşlatabilir veya yönünü değiştirebilir. Benzer şekilde kuvvet, kapı örneğinde olduğu gibi cisimleri bir eksen etrafında döndürebilir veya yay gibi esnek cisimlerin şeklini de değiştirebilir.

Duran bir cismi harekete geçiren, hareket eden bir cismi durduran veya yavaşlatan, hareketin yönünü değiştiren, cisimler üzerinde şekil değişikliği yapabilen etkiye kuvvet denir. Kaynağı ne olursa olsun kuvvet, hem büyüklüğü hem de yönü ile belirlendiğinden vektörel bir niceliktir. Bir cisme uygulanan net kuvvet(bileşke kuvvet), cisim üzerindeki ayrı ayrı itme ve çekme kuvvetlerinin vektörel toplamını ifade eder. Newton’a göre ister hareketli ister durgun olsun, cisimlerin hareket özellikleri ile kuvvet kavramı arasında yakın bir ilişki vardır.

Bu açıklamalardan da anlaşıldığı gibi kuvvetin varlığından söz edebilmek için aralarında temas olması bir önkoşul değildir, diğer bir deyişle kuvvet aralarında ister temas olsun ister olmasın cisimleri hareket ettiren veya cisimlerin hareketini kısıtlayan etkilerdir. Dolayısıyla doğru cevap C’dir.

Kuvvet, hem büyüklüğü hem de yönü ile belirlendiğinden vektörel bir niceliktir. Bir cisme uygulanan net kuvvet(bileşke kuvvet), cisim üzerindeki ayrı ayrı itme ve çekme kuvvetlerinin vektörel toplamını ifade eder. Dolayısıyla doğru cevap A’dır.

Doğadaki temel kuvvetler; kütle çekim kuvveti, elektro-zayıf kuvvetler ve güçlü çekirdek kuvvetleridir. Türetilmiş kuvvetler ise, varlıklarının doğasında temel kuvvetler bulunan kuvvetlerdir. Örneğin bir yaydaki gerilme kuvveti temelde moleküller arasındaki etkileşmeden kaynaklanan elektrik kuvvetidir. Bu bilgilerden de anlaşıldığı gibi doğru cevap C’dir.

Yıldız ve gezegenler gibi büyük kütleli gök cisimleri arasında oldukça etkili olan kütle çekim kuvveti, diğer kuvvetlerle kıyaslandığında en zayıf olan kuvvettir.

Elektromanyetik kuvvetler, durgun veya yüklü parçacıklar arasında çekme veya itme şeklinde ortaya çıkan orta şiddetteki kuvvetlerdir.

Güçlü çekirdek(nükleer) kuvvetleri diğer bütün kuvvetlerden şiddetli olup atom çekirdeğini oluşturan parçacıklar arasında görülür. Bu kuvvetler, proton gibi atom çekirdeğini oluşturan parçacıkları bir arada tutmaktan sorumludur. Genelde çekici karakterde olup bazı durumlarda itici özellik de gösterirler. Çekirdek içindeki nükleer kuvvetler, elektromanyetik kuvvetten 100 kat daha şiddetlidir. Çekirdek kuvvetleri, atom çekirdeğinin boyutunda (≈10^-15 m) etkili olup bunun üstündeki mesafelerdeki etkisi tamamen ihmal edilebilir.

Bu bilgilerden de anlaşıldığı gibi diğer kuvvetlerle kıyaslandığında en şiddetli olan kuvvet çekirdek içindeki nükleer kuvvetlerdir, dolayısıyla doğru cevap D’dir.

Cisimleri harekete geçiren veya onların hareketini değiştiren fiziksel mekanizma tartışılırken, ilk kez Sir Isaac Newton tarafından formüle edilen ve günümüzde Newton yasaları olarak adlandırılan üç temel yasa kullanılacaktır.

Klasik mekaniğin bir dalı olan dinamik, üzerine etki eden kuvvetler bilindiğinde cisimlerin hareketinin nasıl olacağını tanımlar. Bizim inceleme alanımıza giren dinamiğin temelleri günümüzden yaklaşık olarak üç asır önce Sir Isaac Newton (1642-1727) tarafından atılmıştır. Klasik mekaniğe bu nedenle Newton mekaniği de denir.

Antik çağlardan beri bilinen kütle çekim kuvvetinin temel prensiplerini ortaya koymak şüphesiz ki Newton’un en büyük başarılarından biridir.

Birbirlerinden bağımsız gibi görünen elektromanyetik kuvvetler ile zayıf çekirdek kuvvetlerinin kaynağının aslında aynı olduğu ise 1980’li yılların ortalarında yapılan deneysel çalışmalar sonucu ispatlanmıştır. Dolayısıyla doğru cevap D’dir.

Işık hızına yakın hızlardaki ve atomik boyuttaki hareketler Newton yasaları ile belirlenemezler. Dolayısıyla doğru cevap B’dir.

Günlük yaşantımızdaki gözlemlerimize dayanarak aynı kuvvetin etkisi altındaki küçük kütleli bir cismin daha büyük kütleli bir cisme göre daha çabuk hızlandığını sezgisel olarak tahmin edebiliriz. Aynı kuvvet uygulandığı takdirde bir tenis topu bir futbol topundan daha hızlı hareket edecektir. Bu durumun tersi de doğrudur. Örneğin, alışverişlerinizde kullandığınız market arabasını dolu iken harekete geçirmek, boş iken harekete geçirmekten daha zordur. Diğer taraftan, eğer market arabası dolu iken bir nedenle harekete geçerse bu kez arabayı durdurmak için boş haline göre daha fazla kuvvet uygulamak gerekir. Verilen örneklerdeki cisimlerin davranışı bize tanımı daha önce verilen eylemsizlik prensibini hatırlatır. Eylemsizlik, bir cismin hareketsiz ise hareketsizlik durumunu sürdürmeye, hareketli ise de sahip olduğu hızı korumaya yönelik bir davranışıdır. Kütle büyüdükçe cisimlerin eylemsizliği de aynı oranda artar. Bu nedenle kütle, cismin doğasında var olan ve eylemsizliği ölçmek için kullanılan fiziksel bir niceliktir. Bir cismin kütlesi ne kadar büyük ise o kadar az ivme kazanacaktır. Bir futbol topunun kütlesi bir tenis topunun kütlesinden daha büyüktür. Dolayısı ile eylemsizliği daha fazladır. Bu nedenle aynı kuvvetin etkisindeki futbol topu bir tenis topuna göre daha az ivmelenir. Bu bilgilerden de anlaşıldığı gibi doğru cevap D’dir.

Düz bir zemin üzerinde duran sandığı itmeniz gerektiğini düşünelim. Eğer tüm gücünüzle itmenize rağmen uyguladığınız kuvvet yeterli büyüklükte değil ise sandık harekete geçmeyecektir. Bunun nedeni sandık ile zemin arasındaki sürtünme kuvvetidir. Sandığın hareketine engel olan bu kuvvet, statik sürtünme kuvveti olarak adlandırılır ve f_s ile gösterilir. Dolayısıyla doğru cevap A'dır.

Dairesel hareketle doğada ve günlük yaşantımızda sıklıkla karşılarız. Örneğin Ay’ ın Dünya çevresindeki hareketi veya dişlilerin, makaraların, otomobil tekerleklerinin bir mil etrafında dönmesi dairesel harekete örnek olarak verilebilir. Dairesel hareketi anlamak için bir silgiyi ortasından delip bir ipe bağladığımızı varsayalım. Eğer ipi başımızın üzerinde yatay düzlemde kalacak şekilde daireler çizerek döndürürsek ipin gerginleştiğini hissederiz. İpte oluşan bu gerilme kuvveti silginin elimizden kurtulup gitmesini önler. İpteki gerileme kuvveti silgiye yatay yönde etkiyen tek kuvvettir. Silgi sabit bir hızla dönse dahi bu kuvvet nedeniyle yatay düzlemde bir ivme kazanır. Bir cismin sabit bir hızla dairesel bir yörüngedeki bu tür hareketine düzgün dairesel hareket denir. Bu bilgilerden de anlaşıldığı gibi doğru cevap B’dir.

Cisimler her zaman sabit büyüklükteki kuvvetlerin etkisi altında hareket etmezler. Bazen cisimler üzerine etki eden kuvvetin büyüklüğü değişebilir. Sürtünmesiz yatay bir zemin üzerinde kayabilen bir blok, bir ucu duvara sabitlenmiş sarmal bir yaya bağlandığında yay ilk durumda ne gerilmiş ne de sıkıştırılmışsa, yay ve bloktan oluşan sistemin bu konumuna denge konumu denir. Yay, denge konumundan itibaren x uzunluğu kadar gerilir veya sıkıştırılırsa blok üzerine büyüklüğü, F = –k x ile verilen bir kuvvet uygular. Eşitlikteki k niceliğine yay sabiti ya da yayın kuvvet sabiti adı verilir. Bu sabit yayın sertliğinin bir ölçüdür. Yay sertleştikçe yay sabitinin büyüklüğü de artar. SI birim sisteminde yay sabitinin birimi newton (N)/metre (m)’dir. Hooke yasası olarak da bilinen F = –k x eşitliğine göre yayın uyguladığı kuvvet, yayın sıkışma veya gerilme miktarıyla doğru orantılı olarak değişir. Eşitlikteki eksi işareti yayda oluşan geri çağırıcı kuvvetin yayın gerilme veya sıkışma doğrultusuna ters yönde olduğunu gösterir. Dolayısıyla doğru cevap C’dir.