Kuvvet ve Hareket

Hareket

• Konum, yol ve yer değiştirme: Yol skaler (alınan toplam mesafe), yer değiştirme vektöreldir (ilk ve son konum arası en kısa uzaklık ve yön).
• Sürat ve hız: Sürat = alınan yol / geçen zaman (skaler); hız = yer değiştirme / zaman (vektörel). Ortalama sürat ve anlık sürat.
• İvme: Birim zamandaki hız değişimi; a = Δv/Δt. Düzgün doğrusal harekette ivme sıfır; düzgün hızlanan harekette sabit.
• Grafikler: Konum-zaman grafiğinin eğimi hızı; hız-zaman grafiğinin eğimi ivmeyi, altındaki alan yer değiştirmeyi verir.
• Serbest düşme: Hava direnci ihmal edilirse tüm cisimler kütlelerinden bağımsız g ≈ 9,8 m/s² ivmeyle düşer (Galileo). Hava direnci cismin şekline, yüzey alanına ve süratine bağlıdır (paraşüt).

Kuvvet

• Kuvvet: Cisimlerin hareket durumunu veya şeklini değiştiren etki; vektörel; birimi newton (N); dinamometre ile ölçülür. Temas gerektiren (itme, çekme, sürtünme) ve temas gerektirmeyen (kütle çekimi, manyetik, elektriksel) kuvvetler.
• Dengelenmiş ve dengelenmemiş kuvvetler: Net kuvvet sıfırsa cisim durgunsa durgun kalır, hareketliyse sabit süratle doğrusal hareketine devam eder; net kuvvet varsa hareket durumu değişir.
• Newton'un hareket yasaları: Eylemsizlik (1.), F = m·a (2.), etki-tepki (3.; kuvvetler farklı cisimlere etki eder). Günlük örnekler: Emniyet kemeri (eylemsizlik), roket ve yüzücünün itme hareketi (etki-tepki).
• Kütle ve ağırlık: Kütle madde miktarıdır, değişmez (kg; eşit kollu terazi). Ağırlık cisme etki eden kütle çekim kuvvetidir, G = m·g (N; dinamometre); bulunulan yere göre değişir (Ay'da yaklaşık 1/6'sı).
• Sürtünme kuvveti: Harekete zıt yönde; yüzeylerin pürüzlülüğüne ve cismin ağırlığına (yüzeye dik kuvvete) bağlıdır, yüzey alanına bağlı değildir. Yararları (yürüme, fren, kibrit yakma) ve zararları (aşınma, ısınma, enerji kaybı). Azaltma yolları: yağlama, rulman, yüzeyleri düzleştirme.
• Bileşke kuvvet: Aynı yönlü kuvvetler toplanır, zıt yönlü kuvvetler çıkarılır; farklı açılı kuvvetler vektörel toplanır.

Basınç

• Katı basıncı: P = F/A (pascal). Kuvvet arttıkça ve yüzey alanı azaldıkça artar (bıçak, çivi, raptiye; kar ayakkabısı ve tır tekerlekleri basıncı azaltır).
• Sıvı basıncı: P = h·d·g; derinliğe ve sıvının yoğunluğuna bağlıdır; kabın şekline ve sıvı miktarına bağlı değildir. Barajların alt kısmı kalın yapılır; dalgıçlar derinde basınç etkisi hisseder. Bileşik kaplarda sıvı seviyesi eşittir.
• Pascal ilkesi: Kapalı kaptaki sıvıya uygulanan basınç her yöne aynen iletilir; hidrolik fren, hidrolik kriko ve berber koltuğu.
• Açık hava (atmosfer) basıncı: Torricelli deneyi (deniz seviyesinde 76 cmHg ≈ 1 atm); yükseldikçe azalır. Pipetle sıvı çekme, vantuz, enjektör açık hava basıncıyla çalışır.
• Gaz basıncı: Kapalı kaptaki gazın basıncı hacim azaldıkça artar (Boyle).
• Kaldırma kuvveti (Arşimet ilkesi): Sıvıya batırılan cisme, yerini değiştirdiği sıvının ağırlığı kadar yukarı yönlü kuvvet etki eder: F_k = V_batan·d_sıvı·g. Cismin yoğunluğu sıvınınkinden küçükse yüzer, eşitse askıda kalır, büyükse batar. Gemiler, denizaltılar, sıcak hava balonları.
• Bernoulli ilkesi: Akışkanın hızı arttıkça basıncı azalır; uçak kanadı, rüzgârda çatıların uçması.

Basit Makineler

Kaldıraç (destek, kuvvet ve yükün yerine göre üç tür; kuvvet × kuvvet kolu = yük × yük kolu), makaralar (sabit makara kuvvetten kazanç sağlamaz yönü değiştirir; hareketli makara kuvvetten yarı yarıya kazanç sağlar), palanga, eğik düzlem (yokuş, rampa), vida, çıkrık, dişli çarklar, kasnak. Basit makinelerde işten kazanç yoktur; kuvvetten kazanç yoldan kayıpla dengelenir (enerjinin korunumu).