Hareket, mekanikte önemli bir konudur.
Hareketi ve hareketteki değişikliklerin nedenlerini açıklayan farklı yasalar vardır. Bu hareket yasalarının en ünlüsü Sir Issac Newton tarafından önerildi. Üç hareket yasasını Mathematical Principles of Natural Philosophy'de (1687'de yayınlandı) derledi.
Newton'un Hareket Yasalarını tartışmaya başlamadan önce, hareketi tanımlamak için kullanılan bazı temel terimlere ve kavramlara bakalım.
Kuvvet , bir nesneyi hareket ettirmek veya hareketini değiştirmek için etki eden bir itme veya çekmedir.
Hız , hız olarak da bilinir. Bir cismin hızı kuvvetlerden etkilenir.
İvme , bir nesnenin hızının belirli bir süre (bir saniye) içinde ne kadar değiştiğinin bir ölçüsüdür.
Kütle , mevcut bir şeyin miktarıdır ve gram veya kilogram olarak ölçülür.
Momentum , bir vücutta mevcut olan toplam hareket miktarıdır.
Newton'un Birinci Hareket Yasası
Bir cisim, kendisine bir dış kuvvet uygulanmadıkça, durgun durumda veya düz bir çizgi boyunca düzgün hareket halinde olmaya devam eder. İster tepeye çıkmak için bisiklet pedallarına basalım, ister parka yürümek için yere basalım, ister sıkışmış bir çekmeceyi açmak için çekelim, uyguladığımız kuvvet nesneleri hareket ettirir. Newton'un birinci yasası bize sıfır net kuvvet uygulandığında nesnenin hızının sabit kalması gerektiğini söyler. Nesne hareketsiz duruyorsa, durmaya devam eder. Başlangıçta hareket ediyorsa, sabit hızla düz bir çizgide hareket etmeye devam eder.
Newton'un ilk yasası eylemsizliği tanımlar ve haklı olarak Eylemsizlik Yasası olarak adlandırılır. Ketçap şişesinin dibinden ketçabı çıkarmak için, genellikle ters çevrilir ve yüksek hızda aşağı doğru itilir ve ardından aniden durdurulur.
Newton'un birinci hareket yasasının bazı uygulamaları aşağıdaki gibidir:
- Hareket halindeki bir otobüsü güvenli bir şekilde yakalamak için otobüsün hareket ettiği yöne doğru koşmalıyız.
- Hareket halindeki bir otobüsten atlamak gerektiğinde, ileri yönde düşmemek için yola atladıktan sonra daima kısa bir mesafe koşmalıyız.
- Aşağı inen bir asansöre binerken hızla dururken başınızdan ayaklarınıza kan hücum eder.
- Bir çekicin başı, sapın alt kısmını sert bir yüzeye vurarak ahşap sapa sıkılabilir.
- Koltuk başlıkları, arkadan çarpışmalar sırasında boyun yaralanmalarını önlemek için arabalara yerleştirilmiştir.
- Bir kaykay (veya vagon veya bisiklet) sürerken, bir kaldırıma veya kayaya veya kaykayın hareketini aniden durduran başka bir nesneye çarptığınızda tahtadan ileriye doğru uçarsınız.
Newton'un İkinci Hareket Yasası
Newton'un ikinci hareket yasasına göre momentumun değişim hızı uygulanan kuvvetle doğru orantılıdır ve bu değişim daima uygulanan kuvvetin yönünde gerçekleşir. Bir cisme etki eden net kuvvet, cismin kütlesi ile ivmesinin çarpımına eşittir.
Net kuvvet = kütle * ivme veya F = ma
Nesnenin kütlesi ne kadar fazlaysa, onu hareket ettirmek için o kadar fazla net kuvvet kullanılmalıdır.
Newton'un ikinci hareket yasasının bazı uygulamaları aşağıdaki gibidir:
- Bir kamyonu ve bir arabayı itmek için aynı kuvveti kullanırsanız, kamyonun kütlesi daha az olduğu için arabanın ivmesi kamyondan daha fazla olacaktır.
- Boş bir alışveriş sepetini itmek, dolu bir alışveriş sepetinden daha kolaydır çünkü dolu alışveriş sepetinin kütlesi boş olandan daha fazladır. Bu, dolu alışveriş sepetini itmek için daha fazla güç gerektiği anlamına gelir.
- Bir kriket oyuncusu topu yakalarken ellerini indirir. Bir oyuncu topu tutarken ellerini indirmezse topu durdurma süresi çok kısadır. Bu nedenle, topun hızını sıfıra indirmek veya topun momentumunu değiştirmek için büyük bir kuvvet uygulanmalıdır. Bir oyuncu ellerini indirdiğinde, topu durdurmak için geçen süre uzar ve dolayısıyla topun momentumunda aynı değişikliği sağlamak için daha az kuvvet uygulanması gerekir. Bu nedenle oyuncunun elleri yaralanmaz.
- Bir karate oyuncusu, kiremit veya tuğla yığınlarını tek bir darbeyle kırar. Bir karate oyuncusu taş yığınlarına elleriyle vurduğunda, bunu olabildiğince hızlı yapar. Diğer bir deyişle, taş yığınlarına vurmak için geçen süre çok kısadır. Bir karatecinin elleri taş yığınlarına çok-çok kısa bir zaman aralığında vurduğunda elinin momentumu sıfıra indiği için, taş yığınına çok büyük bir kuvvet etki eder. Bu kuvvet kiremit yığınını kırmaya yeterlidir.
Newton'un Üçüncü Hareket Yasası
Üçüncü hareket yasası, her etki için aynı momentum ve zıt hızla hareket eden eşit ve zıt bir tepki olduğunu belirtir. Açıklama, her etkileşimde, etkileşen iki nesneye etki eden bir çift kuvvet olduğu anlamına gelir. Birinci cisme etkiyen kuvvetlerin büyüklüğü ikinci cisme etkiyen kuvvete eşittir. Birinci cisme uygulanan kuvvetin yönü, ikinci cisme uygulanan kuvvetin yönüne zıttır. Kuvvetler her zaman çiftler halinde gelir - eşit ve zıt etki-tepki kuvvet çiftleri.
Newton'un üçüncü hareket yasasının bazı uygulamaları aşağıdaki gibidir:
- Hava bir balondan dışarı fırladığında, tersi reaksiyon balonun uçmasıdır.
- Bir atlama tahtasından atladığınızda, sıçrama tahtasını aşağı doğru itersiniz. Tahta geri yaylanır ve sizi havaya zorlar.
- Balıkların suda nasıl yüzdüğünü düşünün. Bir balık suyu geriye doğru itmek için yüzgeçlerini kullanır. Su ayrıca balığı ileri doğru iter ve böylece balığın suda ilerlemesini sağlar. Suya etkiyen kuvvetin büyüklüğü balığa etkiyen kuvvete eşittir; su üzerindeki kuvvetin yönü (geriye doğru), balık üzerindeki kuvvetin yönüne (ileriye) zıttır. Her etki için, eşit (boyut olarak) ve zıt (yön olarak) bir tepki kuvveti vardır. Etki-tepki kuvvet çiftleri balıkların yüzmesini sağlar.
- Kuşların uçma hareketini düşünün. Bir kuş kanatlarını kullanarak uçar. Bir kuşun kanatları havayı aşağı doğru iter. Kuvvetler karşılıklı etkileşimlerden kaynaklandığı için, hava da kuşu yukarı doğru itiyor olmalıdır. Havadaki kuvvetin büyüklüğü kuştaki kuvvetin büyüklüğüne eşittir; havadaki kuvvetin yönü (aşağıya doğru), kuşa uygulanan kuvvetin yönüne (yukarıya) zıttır. Bu etki-tepki kuvvet çiftleri kuşların uçmasını mümkün kılar.
