Bir mıknatısı çiviye yaklaştırdığında çivi ona doğru fırlar — arada hiçbir temas yok. Ay, Dünya'nın etrafında 384 bin kilometre uzaktan dolanıyor. Evrendeki bütün itme ve çekmeler dört temel kuvvete iniyor. Bu ünitede kuvvetin ne olduğunu, nasıl toplandığını ve ne zaman bir cismi hareket ettirdiğini göreceksin.
Duran cisimleri harekete geçiren, hareket hâlindeki cisimleri hızlandıran, yavaşlatan ve durduran, cisimlerin hareket doğrultularını ve yönlerini değiştiren, cisimlerde şekil değişikliği yapabilen ve cisimleri döndürebilen etkiye kuvvet denir. Kuvvet vektörel bir büyüklük olup F⃗ sembolü ile gösterilir, dinamometre ile ölçülür. SI birim sisteminde birimi Newton (N)'dır.
Kuvvet ile kuvvetin uygulandığı cisim arasında fiziksel temas vardır.
Kuvvet ile kuvvetin uygulandığı cisim arasında fiziksel temas olması gerekmez.
Temas gerektirmeyen kuvvetler kendi içinde dört gruba ayrılır. Aşağıdan birini seç: etki alanını ve gücünü karşılaştırmalı olarak gör.
| Kuvvet | Ne yapar? | Menzili | Şiddet sırası |
|---|---|---|---|
| Güçlü Nükleer | Atom çekirdeğindeki nötronların ve protonların dağılmadan bir arada durmasını sağlar | Çok kısa — atom çekirdeği boyutunda | 1. (en büyük) |
| Elektromanyetik | Mıknatıslar ve yüklü parçacıklar arasında itme/çekme; atom ve moleküllerin bir arada durmasını sağlar | Sonsuz (sonsuzda sıfır olur) | 2. |
| Zayıf Nükleer | Atom çekirdeklerinin kararsız olmasına neden olur; çekirdek bozunmasında etkilidir | Çok kısa — çekirdek boyutunda | 3. |
| Kütle Çekim | Cisimlerin kütlelerinden dolayı birbirlerine uyguladığı çekme; gezegenleri Güneş'e, uyduları gezegenlere bağlar | Sonsuz (sonsuzda sıfır olur) | 4. (en zayıf) |
Dördü de temassız alan kuvvetidir. Şaşırtıcı olan: Kütle çekim en zayıf kuvvet olduğu hâlde gezegenleri yörüngede tutan odur. Çünkü menzili sonsuzdur ve kütleler hep aynı yönde çeker — birikerek devasa bir etkiye ulaşır. Küçücük bir mıknatıs, koca Dünya'nın çekimini yenip ataşı yerden kaldırabiliyor; işte aradaki güç farkı bu.
Kütlesi olan bütün cisimler birbirine çekme kuvveti uygularlar. Kütle çekim kuvveti Newton tarafından şöyle tanımlanmıştır: "İki cisim arasında oluşan kütle çekim kuvvetinin büyüklüğü; cisimlerin kütlelerinin çarpımıyla doğru, aralarındaki uzaklığın karesiyle ters orantılıdır."
Aralarında d uzaklığı olan MA ve MB kütleli A ve B cisimleri birbirlerine eşit ve zıt yönlü olacak şekilde çekme kuvveti uygularlar:
Yani Dünya seni çekerken sen de Dünya'yı aynı büyüklükte çekiyorsun. Dünya'nın kımıldamamasının sebebi kuvvetin küçük olması değil, kütlesinin devasa olmasıdır.
Newton, yıldızları ve gezegenleri gökyüzünde tutan etki ile elmayı yere düşüren etkinin aynı şey olduğunu öne sürerek bu soruya cevap aramış ve bulmuştur.
Newton'a göre cisimler birbirlerini kütle çekim kuvveti ile çekmektedir. Kütle Çekim Yasası adı verilen bu yasa evrendeki her şey için geçerli olduğundan evrensel bir yasa olmuştur. Mekanik biliminin temelini oluşturan Evrensel Kütle Çekim Yasası sayesinde insanlar Ay'a ayak basmış, yeni gezegenler keşfedilmiştir.
Bir cisme etki eden kuvvetlerin toplamına ya da birden çok kuvvetin yaptığı etkiyi tek başına yapabilen kuvvete bileşke kuvvet veya net kuvvet denir. Bileşke kuvvet R⃗ veya F⃗NET sembolüyle gösterilir.
Aynı doğrultulu ve aynı yönlü olan kuvvetlerin bileşkesi, kuvvetlerin büyüklüklerinin toplamı ile bulunur. Bileşke kuvvetin yönü kuvvetlerle aynı yöndedir.
Aynı doğrultulu ve zıt yönlü olan kuvvetlerin bileşkesi, büyük kuvvetin büyüklüğünden küçük kuvvetin büyüklüğü çıkarılarak bulunur. Bileşke kuvvetin yönü büyük kuvvetle aynı yöndedir.
Bir cisim üzerine etki eden net kuvvet (bileşke kuvvet) sıfırsa cisim dengelenmiş kuvvetlerin etkisindedir. Dengede olan cisimler duruyorsa durmaya devam ederler. Hareket hâlindelerse o andaki hızlarıyla hareket doğrultularında sabit hızla hareketlerine devam ederler.
Örnekler: Masa üzerinde bulunan bir kitap, sabit hızla giden bir araç, ağaçta asılı duran meyve.
Bir cismin üzerine etki eden kuvvetlerin bileşkesi sıfırdan farklı ise cisim dengelenmemiş kuvvetlerin etkisi altındadır. Bu cisimlerin hızı mutlaka değişir.
Örnekler: Hızlanan bir araç, ağaçtan kopan meyve, rüzgârda kuruyan çamaşırlar.
Bir cismin hareket edip etmeyeceğini tahmin ederken aslında farkında olmadan bileşke kuvvet hesabı yapıyorsun.
İki takım da var gücüyle çekiyor ama halat kımıldamıyorsa bileşke kuvvet sıfırdır — dengelenmiş kuvvetler. Bir taraf 10 N fazla çektiği anda denge bozulur ve halat o yöne kayar. Kimin kazanacağını belirleyen toplam kuvvet değil, farktır.
Küçücük bir mıknatıs, koca Dünya'nın çekimini yenerek kağıdı havada tutar. Bu, manyetik kuvvetin kütle çekiminden kat kat güçlü olduğunun günlük kanıtıdır — elektromanyetik kuvvet 2. sırada, kütle çekim ise en zayıfı.
120 km/h sabit hızla giden otobüste motorun ileri kuvveti ile hava direnci + sürtünme tam olarak dengelenir. Net kuvvet sıfırdır. "Hareket ediyorsa kuvvet vardır" sanısı yanlıştır; hareketi sürdürmek için değil, değiştirmek için kuvvet gerekir.
Evrensel Kütle Çekim Yasası sayesinde insanlar Ay'a ayak basmış, yeni gezegenler keşfedilmiştir. Bir uzay aracının rotası, formüldeki d² yüzünden yol boyunca değişen çekimin hesaplanmasıyla çizilir.
Deniz seviyesinin günde iki kez yükselip alçalması, Ay'ın kütle çekimi yüzündendir. Ay'a yakın taraftaki su daha güçlü çekilir; çünkü kuvvet uzaklığın karesiyle ters orantılıdır ve birkaç bin kilometrelik fark bile ölçülebilir bir etki yaratır.
Pazarda kullanılan el kantarı bir dinamometredir: içindeki yayın uzama miktarını Newton cinsinden kuvvete çevirir. Manavın astığı poşet ne kadar ağırsa yay o kadar uzar.
Hastanedeki MR cihazı çok güçlü bir mıknatıstır; bu yüzden odaya metal eşyayla girilmez. Manyetik kuvvet temas gerektirmez — makas metrelerce öteden fırlayıp cihaza yapışabilir.
Santrallerde açığa çıkan devasa enerji, güçlü nükleer kuvvetin çekirdeği bir arada tutmasından gelir. En güçlü kuvvet olması, çekirdeği bölmenin neden bu kadar çok enerji açığa çıkardığını açıklar.
Dolaba tek başına asıldığında kımıldamaz; arkadaşın da aynı yöne itince birden hareket eder. Aynı yönlü kuvvetler toplanır (R = F₁ + F₂) ve toplam, sürtünmeyi aşar. Zıt yönlerden itseydiniz fark alınır, hiçbir şey olmazdı.
18 sorudan oluşan bu test ile "Kuvvet Kavramı" ünitesini ne kadar kavradığını gör. Her sorudan sonra anında geri bildirim alacaksın.
Cisimleri hareket ettiren, hızlandıran, yavaşlatan, durduran, yön değiştiren, şeklini değiştiren ve döndüren etki. Dinamometre ile ölçülür.
Temaslı: kaldırma, itme-çekme, kas, rüzgâr, buhar, sürtünme, hava direnci. Temassız: manyetik, elektriksel, kütle çekim, nükleer.
Dört temel kuvvet şiddet sırası: güçlü nükleer, elektromanyetik, zayıf nükleer, kütle çekim. Hepsi temassız alan kuvvetidir.
Güçlü ve zayıf nükleer kuvvetlerin menzili çekirdek boyutundadır. Elektromanyetik ve kütle çekimin menzili sonsuz olup sonsuzda sıfır olur.
Kütlelerin çarpımıyla doğru, uzaklığın karesiyle ters orantılıdır. G = 6,67·10⁻¹¹ N·m²/kg².
İki cisim birbirine eşit büyüklükte ve zıt yönlü çekme kuvveti uygular.
Aynı doğrultulu ve aynı yönlü kuvvetlerin bileşkesi toplanarak bulunur; yönü kuvvetlerle aynıdır.
Büyük kuvvetten küçüğü çıkarılır; bileşkenin yönü büyük kuvvetle aynıdır.
Bileşke sıfırsa dengelenmiş kuvvetler; cisim durur ya da sabit hızla gider. Sıfırdan farklıysa dengelenmemiş kuvvetler ve hız değişir.