6 Sınıf Fen Bilimleri Dengelenmemiş Kuvvetlerin Etkisindeki Cisimlerin Hareket Durumunu

Dengelenmemiş kuvvet, bir cismin üzerinde etki eden kuvvetlerin vektörel toplamı (net kuvvet) sıfır olmadığında ortaya çıkar. Yani kuvvetler birbirini tamamen dengelemiyorsa net kuvvet oluşur. Net kuvvet var olduğunda cisim ya hızlanır, ya yavaşlar ya da yön değiştirir. Bu basit ama güçlü fikir, günlük hayatın hemen her yerinde karşımıza çıkar. Kuvvet, bir cismin hareket durumunu değiştirebilir. Uyguladığınız itme, çekme, yer çekimi, sürtünme ve manyetik kuvvet gibi etkenler bu değişimi sağlar. Kuvvetlerin dengelenmesi, net kuvvetin sıfır olması demektir. Örneğin masa üzerinde duran bir kitap, yerin aşağı doğru yerçekimi kuvveti ile masanın yukarı doğru tepki kuvveti arasında dengelenmiş durumda olduğu için hareket etmez. Fakat siz kitaba yatay bir itme uygularsanız, sürtünme kuvveti tam olarak karşı koyamazsa net kuvvet oluşur; kitap hızlanır. Net kuvveti gösterirken her kuvvetin yönünü dikkate alırız. Bir tarafa +2 N, diğer tarafa −3 N etki ediyorsa net kuvvet −1 N’dir; bu, toplam kuvvetin yönünün ikinci tarafa (daha büyük kuvvetin yönü) işaret ettiği anlamına gelir. Net kuvvet Fnet ile gösterilir. Net kuvvet var ise cisim ivmelenir (hızı değişir). Bu ilişki, yüksek sınıflarda Fnet = m · a biçiminde ifade edilir; burada m kütledir, a ivmedir. Yani net kuvvet büyükse ivme de büyüktür; aynı net kuvvetle kütle büyükse ivme küçüktür. Dengelenmemiş kuvvetin etkileri üç başlıkta toplanır: - Hızlanma: Uygulanan net kuvvet hareket yönündeyse hız artar. Örneğin, bisikleti pedal çevirirken sürtünmeyi ve hava direncini yenerseniz net kuvvet ileri yönde olur ve hızınız artar. - Yavaşlama: Net kuvvet hareket yönünün tersine etki ederse hız azalır. Fren yaptığınızda lastik ile zemin arasındaki sürtünme, aracı yavaşlatır. - Yön değiştirme: Net kuvvet hareket yönüne dikse cisim sapar. Örneğin ipin ucunda sallanan bir topta ip gerilmesi sürekli yön değiştirir; net kuvvet dairesel hareket oluşturur. Sürtünme, dengelenmemiş kuvvetlerin hareket üzerindeki etkisini çoğu durumda belirler. Sürtünme ikiye ayrılır: cisim hareket etmiyorken etkili olan statik sürtünme ve hareket ederken devreye giren kinetik sürtünme. Statik sürtünme, tam dengelemek için gerekli olduğu kadar kuvvet uygular; ancak sizin uyguladığınız kuvvet onun üst sınırını aşarsa cisim hareket eder. Kinetik sürtünme ise hareket halindeki cismin yavaşlamasına neden olur. Bu yüzden aynı masayı aynı kuvvetle itsek de zemin pürüzlü ise kısa sürede durur; pürüzsüz ise daha uzun süre hareket eder. Bir diğer önemli kavram da “sürtünme olmasaydı ne olurdu?”dır. Sürtünme olmadan, üzerine kuvvet uygulanan cisimler hızlanmaya devam eder. Havada atılan top, sürtünmenin düşük olması nedeniyle uzun mesafe gider; ancak yere yaklaştıkça hava direnci ve sürtünme etkisini artırır, top yavaşlar ve sonunda durur. Burada unutulmaması gereken nokta, sürtünmenin de bir kuvvet olduğudur; dolayısıyla dengelenmemiş kuvvetleri incelerken sürtünmeyi de kuvvetler listemize dahil etmeliyiz. Dengelenmemiş kuvvetlerin yön ve büyüklüğünü hesaplamak için kuvvetlerin vektörel toplamını yaparız. Yatay düzlemde bir cisim aynı doğrultuda 10 N sağa, 4 N sola itiliyorsa net kuvvet 6 N sağa doğrudur; ivme net kuvvet yönünde oluşur. Eğer bir cismin üzerindeki kuvvetlerin toplamı sıfırsa net kuvvet yoktur; böyle durumlarda cisim duruyorsa durur, hareket ediyorsa sabit hızla doğrusal hareket eder. Yanılgılardan kaçınmak önemlidir: “Aynı kuvvetle itildiği halde bazı cisimler daha çabuk duruyor.” Bu, sürtünmenin cismin kütlesine ve yüzeyin cinsine bağlı olduğu için farklı etkiler göstermesindendir. “Duruyorsa kuvvet yok” sanısı da doğru değildir; cisim dururken bile kuvvetler etki edebilir, ancak dengelenmiş olabilir. “Sürekli itersek sürekli hızlanır” genel doğru bir ifadedir; ancak gerçek yaşamda sürtünme ve hava direnci artan hızla birlikte büyür, sonunda net kuvvet azalır ve cisim son bir hıza ulaşır (son hız). Bu son hızı, hava direncinin yer çekimine eşit olması durumu belirler. Günlük hayattan birkaç örnek daha: Buzlu zeminde bir topu itince daha az sürtünme olduğu için daha uzun ve hızlı hareket eder; bu, net kuvvetin daha uzun süre etkili kalmasından kaynaklanır. Halat çekme oyununda iki taraf farklı kuvvetlerle çekerse dengelenmemiş taraf kazanır; kazanan tarafın net kuvveti sıfır değildir. Arabada hızlanırken kemer sizi koltuğa iter; bu temas kuvveti sayesinde vücudunuz ivmelenir. Özetle, dengelenmemiş kuvvetler net kuvvetin sıfır olmaması anlamına gelir. Net kuvvet var ise cisim ivmelenir; ivmelenme hızlanma, yavaşlama veya yön değiştirme biçiminde ortaya çıkar. Sürtünme, yönü ve büyüklüğü etkiler; bu yüzden aynı kuvvetle farklı sonuçlar elde ederiz. Kuvvetleri vektörel olarak toplayarak, yönü ve büyüklüğü doğru belirlediğimizde cismin hareket durumunu öngörebiliriz.