Fizik

Hareket ve kuvvet

F_net = m · a · v = Δx / Δt

01

Konum, alınan yol ve yer değiştirme

Bir cismin seçilen bir referans noktasına olan yönlü uzaklığına konum denir (x⃗ ile gösterilir). Hareket görecelidir; cismin hareket durumu seçilen referans sistemine göre belirlenir.

Bir hareketlinin katettiği yörüngenin toplam uzunluğuna alınan yol (skaler), ilk konumundan son konumuna çizilen en kısa yönlü doğru parçasına ise yer değiştirme (vektörel, Δx⃗ = x_son − x_ilk) denir.

BüyüklükSembolTürüSI BirimiTanımı
Alınan yolxSkaler (yönsüz)metre (m)Yörüngenin toplam uzunluğudur; asla negatif olamaz.
Yer değiştirmeΔx⃗Vektörel (yönlü)metre (m)Son konum ile ilk konum arasındaki en kısa yönlü mesafedir.
SüratvSkalerm / sBirim zamanda alınan yoldur (Alınan yol / Zaman).
Hızv⃗Vektörelm / sBirim zamandaki yer değiştirmedir (Yer değiştirme / Zaman).

KısayolYer değiştirme, ilk noktadan son noktaya çizilen yönlü doğru parçasıdır (kuş uçuşu); dairesel pistte tam tur atan sporcunun yer değiştirmesi sıfırdır.

Örnek. Bir araç doğrusal yolda doğuya doğru 400 m gidip durduktan sonra batıya dönerek 100 m geri gidiyor. Bu hareket 50 saniye sürdüğüne göre aracın ortalama süratini ve ortalama hızını bulun.

  • Alınan toplam yol = 400 + 100 = 500 m.
  • Yer değiştirme = Doğuya 400 m − Batıya 100 m = Doğuya doğru +300 m.
  • Ortalama sürat = Alınan yol / Zaman = 500 / 50 = 10 m/s.
  • Ortalama hız = Yer değiştirme / Zaman = 300 / 50 = 6 m/s (doğu yönünde).

CevapOrtalama sürat = 10 m/s · Ortalama hız = 6 m/s

02

Düzgün doğrusal hareket ve ivme

Doğrusal bir yörüngede eşit zaman aralıklarında eşit yollar alan hareketlinin yaptığı harekete düzgün doğrusal hareket (sabit hızlı hareket) denir. Hız sabittir, ivme sıfırdır.

Bir hareketlinin birim zamandaki hız değişimine ivme denir ve a⃗ ile gösterilir. İvme vektörel bir büyüklüktür ve SI birimi m/s²dir.

İvme formülüa⃗ = Δv⃗ / Δt = (v_son − v_ilk) / Δt

Grafik türüGrafiğin eğimiGrafiğin altındaki alan
Konum - Zaman (x - t)Hızı (v) verirFiziksel anlamı yoktur
Hız - Zaman (v - t)İvmeyi (a) verirYer değiştirmeyi (Δx) verir
İvme - Zaman (a - t)Fiziksel anlamı yokturHız değişimini (Δv) verir

Örnek. Durgun hâlden harekete başlayan bir yarış arabası düzgün hızlanarak 4 saniyede hızını 24 m/s’ye çıkarıyor. Bu aracın ivmesi kaç m/s²’dir ve bu sürede kaç metre yer değiştirmiştir?

  • İvme bağıntısı: a = (v_son − v_ilk) / t = (24 − 0) / 4 = 6 m/s².
  • Hız-zaman grafiğinin altındaki alan yer değiştirmeyi verir.
  • Alan (üçgen) = (Taban × Yükseklik) / 2 = (4 × 24) / 2 = 48 metre.

Cevapİvme = 6 m/s² · Yer değiştirme = 48 m

03

Kuvvet ve doğadaki dört temel kuvvet

Duran bir cismi hareket ettiren, hareket eden bir cismi durduran, hızını, yönünü veya şeklini değiştiren etkiye kuvvet denir. Vektörel bir büyüklüktür, F⃗ ile gösterilir ve SI birimi Newton (N)dur. Dinamometre ile ölçülür.

Temel kuvvetEtki alanı (menzili)Göreceli şiddetiRolü / Açıklama
Güçlü nükleer (yeğin) kuvvetÇekirdek boyutu (~10⁻¹⁵ m)En güçlüAtom çekirdeğindeki proton ve nötronları bir arada tutar.
Elektromanyetik kuvvetSonsuzÇok güçlüYüklü parçacıklar arasındaki çekim ve itim kuvvetidir; atom ve molekülleri bağlar.
Zayıf nükleer kuvvetÇekirdekten küçük (~10⁻¹⁸ m)ZayıfKararsız çekirdeklerin radyoaktif bozunmalarından (beta bozunumu) sorumludur.
Kütle çekim kuvvetiSonsuzEn zayıfKütlesi olan tüm cisimlerin birbirini çekmesidir; gezegenlerin yörüngede kalmasını sağlar.

KısayolKuvvetlerin şiddet sıralaması: Güçlü Nükleer > Elektromanyetik > Zayıf Nükleer > Kütle Çekim.

04

Newton’ın hareket yasaları

Klasik mekaniğin temeli Sir Isaac Newton’ın ortaya koyduğu üç hareket yasasına dayanır.

YasaAdıTemel ilkesi / Formülü
1. YasaEylemsizlik PrensibiBir cisme etki eden net kuvvet sıfırsa (F_net = 0), cisim duruyorsa durur, hareket ediyorsa sabit hızla yoluna devam eder.
2. YasaTemel PrensipBir cisme net bir kuvvet etki ederse cisim kuvvet doğrultusunda ivme kazanır: F_net = m · a.
3. YasaEtki - Tepki PrensibiHer etki kuvvetine karşı eşit büyüklükte, zıt yönde bir tepki kuvveti vardır: F_etki = −F_tepki.

Etki ve tepki kuvvetleri AYNI cisme etki etmez; farklı iki cisim üzerindedir. Bu nedenle birbirini yok edemez veya dengeleyemezler.

Örnek. Kütlesi 4 kg olan bir cisme yatay sürtünmesiz düzlemde 28 N büyüklüğünde bir kuvvet uygulanıyor. Cismin kazanacağı ivme kaç m/s²’dir?

  • Newton’ın 2. yasası: F_net = m · a.
  • 28 = 4 · a.
  • a = 28 / 4 = 7 m/s² bulunur.

Cevapa = 7 m/s²

05

Sürtünme kuvveti

Birbiriyle temas hâlinde olan yüzeyler arasında cismin hareketini engelleyecek yönde ortaya çıkan kuvvete sürtünme kuvveti (f_s) denir. Sürtünme kuvveti yüzeyin pürüzlülüğüne ve yüzeye dik bastıran kuvvete (tepki kuvveti N) bağlıdır; yüzey alanının büyüklüğüne bağlı değildir.

Sürtünme formülüf_s = k · N (k: sürtünme katsayısı, N: yüzeye dik bastıran tepki kuvveti)

TürTanımıÖzelliği
Statik sürtünmeDuran bir cismi harekete geçirene kadar etki eden sürtünmedirUygulanan kuvvete eşittir; cisim hareket edene kadar artar ve maksimum bir eşik değeri vardır.
Kinetik sürtünmeHareket hâlindeki cisme etki eden sürtünmedirSabit bir değere sahiptir; kinetik sürtünme katsayısı statik katsayıdan daima küçüktür.

Örnek. Yatay yolda duran 5 kg kütleli bir cisme k = 0,3 olan sürtünmeli yüzeyde yatay 25 N kuvvet uygulanıyor. Cismin ivmesini bulun (g = 10 m/s²).

  • Tepki kuvveti: N = m · g = 5 · 10 = 50 N.
  • Sürtünme kuvveti: f_s = k · N = 0,3 · 50 = 15 N.
  • Net kuvvet: F_net = F − f_s = 25 − 15 = 10 N.
  • İvme: a = F_net / m = 10 / 5 = 2 m/s² bulunur.

Cevapİvme a = 2 m/s²

İpuçları

Testten önce bunları bil

  1. Etki ve tepki birbirini götürmez

    Etki ve tepki kuvvetleri eşit büyüklükte ve zıt yöndedir fakat farklı cisimler üzerinde uygulandıklarından bileşkeleri alınamaz.

  2. Sürat skalerdir, hız vektöreldir

    Hız hesaplanırken yön ve yer değiştirme dikkate alınır; süratte ise yönün önemi yoktur, katedilen toplam yol zamana bölünür.

  3. v-t grafiğinde alan yer değiştirmeyi, eğim ivmeyi verir

    Hız-zaman grafiğinin eğimi ivmeyi gösterirken, grafik çizgisi ile zaman ekseni arasında kalan alan yer değiştirmeyi verir.

  4. Duran cisimde statik sürtünme uygulanan kuvvete eşittir

    Cisim hareket etmiyorsa sürtünme kuvveti formüldeki maksimum değerine değil, tam olarak onu çekmeye çalışan uygulanan kuvvete eşittir.

06

Kendini dene

Cevaba dokun — neden öyle olduğunu birlikte görelim.

Doğrusal bir yolda sabit 20 m/s hızla ilerleyen bir araç 15 saniyede kaç metre yer değiştirir?

Sabit hızlı harekette: Δx = v · t = 20 · 15 = 300 metre.

Sürat ile hız arasındaki temel fark aşağıdakilerden hangisidir?

Sürat skaler bir büyüklüktür ve yönsüzdür; hız ise yer değiştirmeye dayanan vektörel (yönlü) bir büyüklüktür.

Kütlesi 3 kg olan sürtünmesiz bir cisme 18 N büyüklüğünde net kuvvet uygulandığında cismin kazanacağı ivme kaç m/s² olur?

Newton’ın 2. yasasından: a = F_net / m = 18 / 3 = 6 m/s².

Hız - zaman (v - t) grafiğinin zaman ekseniyle yaptığı alan hangi fiziksel büyüklüğü verir?

v-t grafiğinin altındaki alan yer değiştirmeyi (Δx), grafiğin eğimi ise ivmeyi verir.

Konum - zaman (x - t) grafiğinin eğimi hangi büyüklüğü verir?

Konum-zaman grafiğinin eğimi birim zamandaki konum değişimini yani hızı (v = Δx/Δt) verir.

Newton’ın etki-tepki yasası ile ilgili olarak aşağıdakilerden hangisi doğrudur?

Etki ve tepki kuvvetleri eşit büyüklükte ve zıt yönlüdür fakat iki ayrı cisim üzerine etki eder; bu yüzden birbirini dengeleyemezler.

Bir cisim üzerindeki net kuvvet sıfır (F_net = 0) ise cismin hareketi hakkında hangisi kesinlikle söylenebilir?

Eylemsizlik yasasına göre net kuvvet sıfırken cisim mevcut hareket durumunu korur (duruyorsa durur, hareketliyse sabit hızla devam eder).

Durgun hâlden harekete başlayan bir cisim 5 saniyede hızını 30 m/s’ye çıkarıyorsa ivmesi kaç m/s²’dir?

İvme: a = Δv / Δt = (30 − 0) / 5 = 6 m/s².

Kütlesi 2 kg olan bir cisme yatay 16 N kuvvet uygulandığında cisme etki eden kinetik sürtünme kuvveti 6 N olduğuna göre cismin ivmesi kaç m/s² olur?

Net kuvvet: F_net = 16 − 6 = 10 N. İvme: a = F_net / m = 10 / 2 = 5 m/s².

Doğadaki dört temel kuvvet içerisinde menzili sonsuz olan ve şiddeti en zayıf olan kuvvet hangisidir?

Kütle çekim kuvvetinin menzili sonsuzdur fakat dört temel kuvvet arasındaki en zayıf olanıdır.

Alıştırma bitti — –

Sıradaki konu: Enerji.

0/10 · soru cevaplandı

Kendini dene