Hareketin Dinamik İncelenmesi ve Statik

Cisme uygulanan net kuvvet(bileşke kuvvet), cisim üzerindeki ayrı ayrı itme ve çekme kuvvetlerinin vektörel toplamını ifade eder.

Temas kuvvetleri günlük yaşantımızda en çok karşılaştığımız kuvvet türüdür. Eğer bir kuvvet, bir otomobili elimizle iterken veya durdururken yaptığımız gibi iki cismin doğrudan teması sonucu ortaya çıkıyorsa tür kuvvetlere temas kuvvetleri adı verilir

Normal kuvvetin aksine, bir yüzey tarafından cisme uygulanan sürtünme kuvveti cismin üzerinde bulunduğu yüzeye paraleldir. Birbirine temas eden iki yüzey arasındaki etkileşimden kaynaklanır. ! f ile gösterilen bu kuvvet, temas eden yüzeylerin ara kesiti doğrultusunda ve daima hareket yönüne ters yöndedir. Büyüklüğü ise normal kuvvetin büyüklüğüyle doğru orantılıdır. Bu oranı veren katsayı sürtünme katsayısı adını alır ve genellikle µ ile gösterilir. Sürtünme kuvveti, sürtünme katsayısı ile normal kuvvetin çarpımına eşittir:

Temas kuvvetlerinin etkili olduğu uzaklık atomik boyuttadır ve gözle görülemeyecek kadar küçüktür. Bununla birlikte, cisimler birbirine temas etmediği hâlde bile etkili olan daha uzun menzilli kuvvetler vardır. Güneş’in gezegenleri kendi çevresinde dönmeye zorlaması Güneş’le gezegenler arasında, havaya atılan bir topun tekrar yeryüzüne düşmesi topla Dünya arasında kütle çekimi kuvvetinin varlığına işaret eder. Benzer şekilde birbirine temas ettirilmeden yaklaştırılan iki mıknatıs, aralarındaki manyetik etkileşimin bir sonucu olarak kutuplarının durumuna göre birbirlerini iter ya da çeker. Buradaki örneklerde olduğu gibi aralarında herhangi bir fiziki temas olmayan cisimler arasındaki etkileşme kuvvetlerine alan kuvvetleri denir.

Eylemsizlik, bir cismin hareketsiz ise hareketsizlik durumunu sürdürmeye, hareketli ise de sahip olduğu hızı korumaya yönelik bir davranışıdır.

Kütle, cismin doğasında var olan ve eylemsizliği ölçmek için kullanılan fiziksel bir niceliktir.

Kütle, bir cismin içerdiği madde miktarı olarak da tanımlanır.

Dairesel hareketi anlamak için bir silgiyi ortasından delip bir ipe bağlayarak başınızın üzerinde yatay düzlemde kalacak şekilde daireler çizerek döndürürseniz ipin gerginleştiğini hissedersiniz. İpte oluşan bu gerilme kuvveti silginin elimizden kurtulup gitmesini önler. İpteki gerilme 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.

Dairenin merkezine yönelen bu tür kuvvetlere merkezcil kuvvet denir. Merkezcil kuvvet, daha önce bahsedilen kuvvetlerden farklı değildir. Burada kullanılan merkezcil ivme ve merkezcil kuvvet terimleri, dairesel hareket sırasında bu vektörel niceliklerin daire merkezine yönelmiş olduğunu belirtir.

1678 yılında ilk kez Robert Hooke tarafından ifade edilen eşitliğine göre, yayın cisme uyguladığı kuvvet, yayın sıkışma veya gerilme miktarıyla doğru orantılı olarak değişir. Hooke yasası olarak da bilinen bu ifadede kuvvetin yönü yaydaki uzanıma ters yöndedir. Yani yay gerildiyse sıkıştıracak yönde, yay sıkıştırıldıysa yayı gerecek yöndedir. Diğer bir ifadeyle yayın ucundaki cisme etki eden kuvvet onu daima denge konumuna geri götürmeye çalışır. Bu nedenle yayda oluşan bu kuvvete geri çağrıcı kuvvet de denir.

Fiziğin statik adı verilen bölümü, katı cisimlerin hareketsizlik koşullarını inceler. Üzerine birçok kuvvet etki etmesine rağmen bir cisim hareketsiz kalıyorsa bu denge durumu statik denge olarak adlandırılır. Statik dengedeki katı bir cisim hareketsizdir, yani ne yer değiştirir ne de döner.

İngiliz anahtarı, uygulanan kuvvetin etkisi ile saat yönünün tersi yönde dönecek ve somunu gevşetecektir. Kuvvetin bu döndürme etkisine moment(tork) adı verilir.

Aslında ağırlık kuvveti cisim üzerinde sadece bir noktaya etki etmez, aksine bütün cisim üzerine dağılmıştır. Fakat fiziksel problemlerin çözümünde, cismin ağırlığının ağırlık merkezi adı verilen tek bir noktada yoğunlaşmış olduğu kabul edilir. Eğer cismin ağırlık merkezine bir destek koyulur ya da o noktadan asılırsa cisim dengede kalır.

Homojen ve türdeş bir çubuğun ağırlık merkezi, çubuğun tam orta noktasıdır. Homojen ve türdeş kare, dikdörtgen ve paralel kenar şeklindeki levhaların ağırlık merkezi köşegenlerin kesim noktasıdır.

Homojen ve türdeş üçgen şeklindeki cisimlerin ağırlık merkezi, kenarortayların kesim noktası olan O noktasıdır. Bu nokta kenardan 1 birim, köşelerden 2 birim uzaklıkta yer alır. Üçgen levhanın eşkenar üçgen şeklinde olması durumda ise kenarortayların hepsi eşit olur.

Homojen ve türdeş çember, daire ve küre şeklindeki cisimlerin geometrik merkezleri aynı zamanda onların ağırlık merkezleridir.

Türdeş ve homojen silindir, dikdörtgen prizma ve küp şeklindeki cisimlerin ağırlık merkezi, üst ve alt taban merkezlerini birleştiren doğrunun tam orta noktasıdır.

Bir cismin ya da birçok küçük parçacıktan olu- şan sistemin tüm kütlesinin toplandığı varsayılan noktaya kütle merkezi denir.

Newton’ un birinci yasasına göre bir cisim üzerine dışarıdan bir kuvvet etki etmedikçe veya etki eden net kuvvet sıfır ise, cisim duruyorsa durgun kalmaya devam eder, hareketli ise sabit bir hızla doğrusal hareketini sürdürür.

Newton’ un ikinci yasası; bir cismin ivmesinin o cisme etki eden net kuvvetle doğru orantılı, kütlesi ile ters orantılı olduğunu ifade eder. Bu yasa matematiksel olarak F = ma eşitliği ile verilir.

Etki-tepki yasası da denilen üçüncü yasaya göre; bir A cismi bir B cismine kuvvet uygularsa(etki kuvveti) F_AB , B cismi de A cismine eşit büyüklükte ama zıt yönde bir kuvvet(tepki kuvveti) F_BA uygular. Bu ifade matematiksel olarak, F_AB = - F_BA şeklinde verilir

Cismi oluşturan proton, nötron ve elektronların miktarına bağlıdır. Eşit kollu terazi ile ölçülür. Skaler bir nicelik olan kütlenin SI birimi kg’dır.

Cisimlerin ağırlık merkezleri bulunurken; ilk olarak cisim ağırlık merkezi bilinen geometrik parçalara bölünür. Daha sonra her bir parçanın ağırlık merkezinde o parçaya etki eden yer çekimi kuvveti gösterilir. Son olarak, cismin bütünü için tanımlanan denge koşulları yazılarak ağırlık merkezinin konumu tespit edilir.