Newton' un Hareket Kanunları

Newton' un Hareket Kanunları
Devinime neden olan neden olan etkiler insanları uzun süre
ilgilendirmiş ve bu konuda Galileo ve Newton zamana dek pek başarılı
sonuçlar elde edilmemişti. Galileo’dan önce filozoflar, bir cismi
devindirebilmek için kesinlikle bir etkinin, yani bir kuvvetin
gerektiğini ileri sürmemişler ve <<olağan>> halde bir
cismin durması gerektiğine inanmamışlardı.

Gerçekten bir düzlem üzerinde bir cisim kaydırılmak istenirse, cismin
kısa bir süre gittikten sonra yavaşlayıp durduğu gözlenir. Bu gözlem
dış bir kuvvet olamadığı sürece kaymanın olmadığı düşüncesini
destekler. Galileo yaptığı deneylerde bu inancın gerçek olmadığını
gösterdi. Eğer cisim ve onun üzerinde durduğu düzlen pürüzsüz hale
getirilirse ve cisim yağlanırsa, cismin hızının daha yavaş azaldığı ve
cismin daha ileride durduğu gözlenir. Buna göre, cismin kayması
yavaşlatıcı, yani bütün sürtünmeler, ortadan kaldırılırsa, cismin
değişmez bir hızla yoluna bir doğru boyunca sonsuza değin devam sonucu
çıkar. Galileo’nun vardığı sonuç bu idi. Ona göre, bu cismin hızını
değiştirmek için bir dış kuvvet gerekir; ama belli bir hızda giden
cismin hızını koruyabilmesi için bir kuvvete gerek yoktur. Mesela bir
sandığı bir düzlemde ittiğimiz durum için, ellimizin verdiği itme
sandığa bir hız kazandırır, fakat düzlem sandığa bir kuvvet uygulayarak
onu yavaşlatır ve durdurur. Her iki kuvvette hızda bir değişim, yani
bir ivme oluşturur. İşte Galileo’nun bulduğu bu gerçeği, Galileo’nun
öldüğü gün doğan Isaac Newton bir evrensel yasa olarak 1686 da yazdığı
Princiria Matematika Philosoph Naturalis adlı kitabında ortaya koydu.

NEWTON’UN BİRİNCİ HAREKET KANUNU (EYLEMSİZLİK PRENSİBİ)

Herhangi bir cisim üzerine bir kuvvet etki etmiyorsa, yada etki eden
kuvvetlerin bileşkesi sıfırsa, cisim durumunu değiştirmez; yani
duruyorsa durur, deviniyorsa yani hareket ediyorsa, devinimini bir
doğru boyun devam ettirir.

a) Duran bir cisme bir kuvvet etki etmedikçe cisim yine
hareketsiz kalır. Bir cisme etki eden kuvvetlerin bileşkesi sıfır (R=0)
ise, cisim o anki durumunu korur.
Bir cisim için net kuvvet 0 ise a = 0 olur.

b) Hareketli bir cisme bir kuvvet etki etmezse, cismin hızı ve
yönü değişmez. Cisim hareket ediyorsa düzgün doğrusal yani sabit hızlı
olarak hareketine devam eder.

Dışarıdan uygulanan bir kuvvetin etkisinde olmayan bir cismin durgun
halde kalır yani hareketsiz olur yada sabit bir hızla hareket eder.
Hızın sabit olması doğal olarak ivmenin sıfır olmasını gerektirir.


Newton’un bu birinci yasası gözlem çerçevelerini de tanımlar. Çünkü
genel olarak bir cismin ivmesi, yani hızındaki değişim belli bir gözlem
çerçevesine göre ölçülür. Birinci yasaya göre cismin çevresinde başka
bir cisim yoksa, yani bir cisme belli bir kuvvet etki etmiyorsa, öyle
gözlem çevreleri bulabiliriz ki, cismin bu çerçevelerde ivmesi olmasın.
Cisimlerin üzerine etki eden kuvvetlerin olmaması durumunda cimlerin
durumlarını koruması maddenin bir özelliği olarak alınır ve buna
eylemsizlik denir. Newton’un birinci yasasına da çoğu kez eylemsizlik
yasası denir ve bunun geçerli olduğu gözlem çerçevelerine eylemsizlik
gözlem çerçeveleri denir. Bu çerçeveler durağan yıldızlara göre duran
yada düzgün değişmez bir hızla giden gözlem çerçeveleridir.

Newton’un birinci yasasında görüldüğü gibi, bir cismin durması veya
değişmez bir hızla gitmesi arasında fark yoktur. Buna göre, bir
eylemsiz çerçevede durduğu gözlenen bir cisim, başka bir çerçeveden
bakılınca değişmez bir hızla gider görünür. Her iki çerçeveye göre de
cismin bir hızı yoktur. Her iki çerçeveye göre de hız değişmez. Buna
göre her iki çerçevedeki gözleyici de cismin üzerine bir kuvvet
etkidiği yada, etki eden kuvvetlerin bileşkesinin sıfır olduğu bulunur.

NEWTON’UN İKİNCİ HAREKET KANUNU

Birinci yasadan biliyoruz ki, kuvvet olmadığında cismin hızında bir
değişim, yani ivme söz konusu değildir. O halde kuvvet olduğunda, bir
ivme yani bir hız değişimi olmalıdır. Kuvvet ile ivme arasındaki
bağlantıyı bulabilmek için, önce aynı bir cisme değişik şiddet ve
doğrultuda kuvvet uygulanıp F ve a ölçülürse, sonrada farklı cisimlerle
aynı ölçmeler yapılırsa şu sonuçlar elde edilir:

1) Bütün durumlarda ivmenin doğrultusu kuvvetin doğrultusu
yönünle aynıdır.Bu sonuç, cisim başlangıçta durgunda olsa, herhangi bir
hızla belli doğrultuda gitse de doğrudur.
2) Belli bir cisim için kuvvetin şiddetinin, ivmenin oranı değişmez kalmaktadır.

F/a=sabit

F = m . a eşitliğinde görüldüğü gibi kütle, uygulanan kuvvete karşı
cismin kazanacağı ivmeye karşı koyan bir nicelik olarak ortaya
çıkmaktadır. Yani, aynı bir kuvvetle kütlesi küçük olan bir cisim daha
büyük bir ivme, kütlesi büyük olan bir cisim ise daha küçük bir ivme
kazanır. Sözgelimi duran yada hiç değişmeyen bir hızla giden otomobilin
(~ 1500 kg) hızında, saniyede 5 m/s lik bir hız değişimi sağlayabilmek
için 7500 N luk bir kuvvet gerekirken, aynı hız değişimini bir kamyonda
(~2000 kg) sağlayabilmek için 2500 N luk bir kuvvet gerekir. Bu yönüyle
kütle, devinime karşı koyan bir niceliktir; başka bir deyimle, ötelenme
devinimindeki değişime karşı koyar.Bu açıdan kütleye, öteleme
eylemsizliği de denir.

Newton’un ikinci yasası olarak bilinen F = m . a
eşitliği vektörel bir eşitliktir. Bir cisme aynı anda çeşitli
doğrultularda, çeşitli büyüklüklerde bir çok kuvvet etki ettiğinden,
cisim bunların bileşkesi yönünde bir ivme kazanır.

Devinim tek boyutta ise bu durumda kuvvetler de tek doğrultuda
olacağından, kuvvetlerin büyüklüklerinin cebirsel toplamının kütleye
oranı, ivmenin değerini verir. Devini iki boyutta ise bu durumda
kuvvetler x,y bileşenleri bulunur., bunların cebirsel toplamının
kütleye bölümü o yöndeki ivme bileşenini büyüklüğünü verir.

• İvme uygulanan kuvvetle doğru orantılıdır ve kuvvet yönündedir.
  
• Cismin momentumunda zamana göre değişiminin oranı, cisme etkiyen kuvvetle doğru orantılıdır.
  

NEWTON’UN ÜÇÜNCÜ HAREKET KANUNU (ETKİ-TEPKİ PRENSİBİ)

Günlük yaşantımızda bir cisme bir kuvvet uygulanması söz konusu
olduğunda, onun herhangi bir yolla itilmesi yada çekilmesi aklımıza
gelir.
Sözgelimi asılı bir mıknatıs çubuğunu yaklaştırdığımızda aynı adlı
kutuplar karşı karşıya geldiğinde, asılı mıknatısın bizde uzaklaşacak
yönde gittiğini; ters adlı kutupların karşı karşıya gelmesi durumunda
asılı olan mıknatısın bize doğru geldiğini görürüz.
Her iki durum için elimizdeki mıknatısın, asılı olan mıknatısa bir
kuvvet uyguladığını ve bunun sonucu olarak asılı mıknatısın devinime
başladığı söyleriz. Bunun yanında, elimizde tuttuğumuz mıknatısın da,
diğer mıknatısa yaklaştırılırken çekilip ittiğini hissederiz.
Doğadaki bütün gerçek kuvvetler çevreyle etkileşme sonucu çıkarlar. Bir
cisim diğer bir cisme bir kuvvet etki ettirdiğinde, diğer cisim de bu
cisme bir kuvvet etkiler. Buna ek olarak bu kuvvetlerin değerleri eş
kuvvetleri zıttır. Bu durumda, yalıtılmış tek bir kuvvetten söz
edilemez. İki cisim arasındaki etkileşime de bu kuvvetlerden birine
«etki» diğerine «tepki» kuvveti denir. Başka bir deyimle,kuvvetlerden
birisi «etki» olarak alınırsa, diğeri birinciye karşı «tepki» olarak alınır.

• Herhangi bir etkiye karşı her zaman bir tepki vardır; yada iki cismin karşılıklı etkisi daima eşit fakat zıt özelliklidir.
  
• İki cisim arasında oluşan etkileşmede F kuvveti, ikincinin birinciye etkidiği F kuvvetine eşit fakat zıt yönlüdür.