Bu bölümde kuvvetin vektörel özelliklerini; bir cisme birden fazla kuvvet uygulandığında net kuvveti ve kuvvet ile cismin dengesi arasındaki ilişkiyi bulmayı öğreneceğiz. Bir cisim hareket ediyorsa konumu zamanla değişir. Hareket sabit hızlı olabildiği gibi değişen hızda da olabilir. Hareketi ve özelliğini belirleyen, cisim üzerine uygulanan net kuvvettir. Ayrıca bu ünitede hareketi ve nedenlerinin, Newton’un hareket yasaları ile açıklaması yapılacaktır.

Hareket tek boyutta olduğu gibi iki boyutta da olabilir. Bu ünitenin bir diğer amacı da tek boyutta sabit ivmeli hareketin (düzgün hızlanan doğrusal hareket, serbest düşme, düşey atış) yanı sıra iki boyutta hareketi (yatay atış, eğik atış) öğrenciye kavratmaktır.

Newton’un yasalarından biri de eylemsizliktir. Eylemsizlik sadece Newton’un 1. yasasıyla ilişkili olmayıp cisimlerin ortak özelliği olduğu ilk öğretimden gelen bilgilerimiz arasındadır. Fizik günlük hayatımızın her aşamasında yer almaktadır. Özellikle bu ünitede göreceğimiz konular her gün yaşadığımız olayları içermektedir.

Okulumuza gelirken servisin veya otobüsün hareketine hiç dikkat ettiniz mi? Bazen hızlanıyor bazen sabit hızla gidiyor bazen de kırmızı ışıkta duruyor. Bunların tamamı fizikten bildiğiniz hareket çeşitleridir. Otobüsü hızlandıran veya durduran etkiye kuvvet diyoruz. Bu ünitede ayrıca kuvveti öğreneceğiz.

Fizikte büyüklükler iki gurupta incelenir. Bunlardan birincisi skaler büyüklükler diğeri de vektörel büyüklüklerdir.

A) Skaler Büyüklükler:
Doğrultusu, yönü olmayan bir sayı ve bir birimle ifade edilen büyüklüklerdir. Sıcaklık (18°C, 5K), kütle (4 kg, 6 g), zaman (3 saat, 2 s), enerji (6 J, 4 call, 7 erg), güç (6 watt) gibi nicelikler fizikteki skaler büyüklüklerin başında gelir. Skaler büyüklüklerde dört işlem ilkokuldan beri öğrendiğimiz ve bildiğimiz işlemlerdir.

B) Vektörel Büyüklükler:
Başlangıç noktası, doğrultusu, yönü ve şiddeti olan büyüklükler vektörel büyüklüklerdir. Vektörel büyüklükler bu dört özelliği ile ifade edilir. Bunlardan biri ya da birkaçı söylenmezse ifademiz tam olmaz. Örneğin “Araba 300 km/h hızla gidiyor.” dersek ifade tam olmaz. Çünkü arabanın hareketi vektöreldir. Başlangıç noktası, yönü ve doğrultusu belirtilmelidir. “Araba Ankara’dan İstanbul’a 300 km/h hızla gidiyor.” dersek ifade tam olur. Bu ifadede kuvvetin başlangıç noktası Ankara, yönü Ankara’dan İstanbul’a, şiddeti 300 km/h ve doğrultusu Ankara – İstanbul doğrultusudur.

b) Yön: Doğru parçasının ucuna konulan okun yönüdür. fiekildeki vektörün yönü A’dan B’ye doğrudur.

c) Başlangıç noktası (uygulama noktası): Kuvvetin uygulandığı noktadır. Vektörün başlangıç noktası A noktasıdır.

d) Büyüklük: Vektörün uzunluğuna denir. |AB| doğru parçası vektörün büyüklüğüdür. Yukarıda çizilen vektörün (kuvvetin) büyüklüğü 3br’dir.

açık bir ifade ile kuvvet vektörel bir nicelik olduğundan vektörler için söyleyeceğimiz her şeyi kuvvet için de söyleyebiliriz. Bundan sonraki anlatımlarımızda vektör yerine kuvvet ya da kuvvet yerine vektör yazabiliriz. Kuvvet vektörel bir büyüklük olduğundan vektörlerin üzerindeki tüm operatörler (işlemciler) kuvvet üzerinde de aynı şekilde uygulanır. Yani iki vektörü nasıl topluyorsak iki kuvveti de aynı şekilde toplayacağız.

KUVVET

Topa vurduğumuzda top hareket eder. Ya da bir süngeri alıp elimizle sıktığımızda sünger şekil değiştirir. Cama taş ile vurduğumuzda cam kırılır. Sizce bunların sebebi nedir?

Günlük hayatımızda kuvvet olmadan herhangi bir iş yapamayız. Yemek yerken, konuşurken, otobüse binerken, koşarken, yazı yazarken, kitaplarımızı taşırken hep bir kuvvete ve bunun oluşturduğu enerjiye ihtiyaç duyarız. Kuvveti (F) harfi ile göstereceğiz. Kuvvet, vektörel bir büyüklük olduğundan doğrultusunun, yönünün, büyüklüğünün ve başlangıç noktasının tanımlanmış olması gerekir.

UYARI:

• Durmakta olan cisimleri hareket ettiren, hareket hâlindeki cisimleri durduran, cisimlerin hareket doğrultusunu, yönlerini ve şekillerini değiştirebilen etkiye kuvvet denir.
• Kuvvet vektörel bir büyüklük olduğundan vektörlerin tüm özellikleri kuvvetler için de geçerlidir.

Kuvvet dinamometre (yaylı terazi) ile ölçülür. Dinamometreler sarmal yayların esneklik özelliğinden faydalanılarak yapılmış aletlerdir. Esnek bir yayı iki ucundan tutup kuvvet uyguladığımızda yayın boyu uzar, bıraktığımızda tekrar eski hâlini alır.
Yayın uzaması, üzerine uygulanan kuvvetle doğru orantılıdır. Örneğin, G ağırlıklı cisim yayı 1 cm uzatıyorsa 2G ağırlıklı cisim 2cm uzatır. Yayın bu özelliğinden yararlanılarak cisimlerin ağırlıkları bulunabilir. Bu durumda esneklik sınırı aşılmamak şartıyla yayın uzaması (x), kuvvetle (F) doğru orantılıdır. Bu durumda

F = k . x bağıntısı kullanılır.

Burada k yayın esneklik kat sayısıdır. Esnek bir cismin sertliğine, uzunluğuna, yapıldığı maddenin cinsine, yayın kesitine ve yayın helezon sayısına bağlıdır. Fizikte kullanılan iki birim sistemi vardır. MKS (metre, kilogram, saniye) diğer ismiyle SI ve CGS (santimetre, gram, saniye)’dir. Kuvvet, uzunluk ve yay sabitinin bu sistemdeki birimleri tabloda verilmiştir.