Kuvvet Nedir? Sürtünme Kuvveti, Sürtünme Kanunları Nelerdir

KUVVET NEDİR?

Bir cismin denge durumunu, veya şeklini değiştiren sebebe kuvvet denir. Demek oluyor ki kuvvet, bir cismi hareket ettirebilir, durdurabilir; veya cismin hareket doğrultusunu ve şeklini değiştirebilir. Bir cismi iterken, çekerken, veya kaldırırken kas kuvveti harcarız. Bir taşıt aracının veya asansörün hızı (veya ivmesi) değiştiği zaman, hareket ettiren kuvvetin farkına varabiliriz.
Fizik biliminin bir dalı olan mekanik, cisimlerin denge durumlarını ve hareketlerini inceler. Mekaniğin önemli bir konusu olan kuvvet, ne tür olursa olsun, yani ister cansız bir cisim, ister bir canlı tarafından meydana getirilsin, bir vektör ile gösterilir.

KUVVETİN SINIFLANDIRILMASI

Her ne kadar fizikçiler,Einstein’ın çalışmalarından bu yana bütün kuvvetlerin tek bir olaydan (elektromagnetik olay)kaynaklandığını düşünürlerse de, kuvvetler üç kümede sınıflandırılırlar:

1. Uzaktan etkiyen kuvvetler yada alan kuvvetleri;
2. Temas kuvvetleri (ancak iki sistemin bağlantı kurması sonucu ortaya çıkar);
3. Kohezyon (iç tutunum) kuvvetleri (katı cisimlerin bükülmezliğini sağlarlar).

SÜRTÜNME VE SÜRTÜNME KUVVETLERİ

Mekanik konularını incelerken,sürtünme kuvvetinin kaynağını anlamak çok zor değildir. Mesela aynı büyüklükte iki kütleyi biri düz, diğeri pürüzlü olan iki yüzey üzerinde çekmeye çalışırsak; pürüzlü yüzeydeki cismi hareket ettirmek için daha büyük kuvvet uygulamamız gerektiğini; karşılaştığımız yüzlerce olaydan biliyoruz. Bu durumda sürtünmenin sebebi, yüzeylerin yapısında bulunan pürüzlerden dolayıdır. Acaba yüzeylerin pürüzleri gittikçe azalırsa, sürtünmeyi de sıfıra doğru indirebilir miyiz? Bu sorunun cevabını direk olarak vermeden, gene gözlemlerimize dayanan bir olaya bakalım. Üst üste konmuş iki camı birbiri üzerinde hareket ettirmek oldukça zordur. Halbuki cam yüzeyi oldukça düzdür. Sürtünmenin çok az olması gerekirdi. Gözlemlere dayanarak şunu diyebiliriz: Yüzeylerin pürüzlüğünün azalması ile sürtünme belli bir değere kadar azalır. Pürüzsüzlük daha da azalırsa, sürtünmenin yeniden arttığı gözlenir. Bunun sebebini; yüzeylerin aşırı derecede düz olması sonucu, atom ve molekülleri bir arada tutan kuvvetlere benzer kuvvetlerin doğmasına bağlamaktadırlar.

Sürtünme kuvvetleri, yüzeylere paralel olarak etki ederler ve daima cismin hareketine veya cismin hareket ettirmek için uygulanan kuvvete zıt olarak doğarlar.

Bir cismi harekete başlatmak için uygulanan kuvvet, cismin hareketini devam ettirmek için uygulanan kuvvetten daha büyüktür. Bu bizi şöyle bir sonuca götürür: durgun haldeki sürtünme kuvveti, hareket halindeki sürtünme kuvvetinden daha büyüktür. Statik sürtünme kuvveti duran bir cismi harekete başlatan, kinetik sürtünme kuvveti de, bir cismi sabit hızda harekette tutan kuvvettir.

SÜRTÜNME KANUNLARI:

Sürtünen yüzeyler arasında oluşan sürtünme kuvvetleri belli başlı bazı durumlara bağlıdır. Bunları şöyle sıralayabiliriz:

* Sürtünen yüzeylerin yapısıyla (pürüzlü veya düz oluşuyla) orantılıdır.
* Sürtünen yüzeylerin alanına bağımlı değildir.
* Sürtünen yüzeyleri birbirine sıkıştıran kuvvet ile orantılıdır.
* Kinetik sürtünme, statik sürtünmeden daha azdır.
* Kinetik sürtünme, hızda bağımsızdır.

Sürtünme kuvvetin, yüzeylerin yapısı ve sürtünen yüzeyleri birbirine sıkıştıran kuvvet ile orantılı olduğunu belirtmiştik. Bu durumda formülü şöyle yazabiliriz:

f = kN

Formüldeki f sürtünme kuvvetini, k sürtünme kat sayısını, N de iki yüzeyi birbirine sıkıştıran dik kuvveti verir.

HAREKET

Hareket, cismin konumunun sürekli biçimde değişmesidir. Yani bir cismin sabit kabul edilen bir noktaya göre zamanla yer değiştirmesine hareket denir.
Bir cismin hareketi, üzerine uygulanan dengelenmemiş kuvvetler tarafından meydana getirildiğini karşılaştığımız yüzlerce olaydan biliyoruz. Bir kuvvetin etkisi ile cismin hareketi sırasında izlediği yola yörünge denir. Hareketin şekli yörüngenin şekline göre isimlendirilir. Yörünge düz ise doğrusal hareket, eğri ise eğrisel hareket, daire ise dairesel hareket olarak isimlendirilir.
Seçilen bir başlangıç noktasına göre cismin vektörel uzaklığına konum denir.

HAREKET ÇEŞİTLERİ

1.Sabit Hızlı Hareket:Bir cisim hareket süresince eşit zaman aralıklarında eşit yol alıyorsa bu harekete sabit hızlı hareket veya düzgün doğrusal hareket denir. Hız değişmediği için ivme sıfırdır. Sabit hızlı harekete ait konum–zaman, hız–zaman ve ivme–zaman grafikleri aşağıdaki gibidir.

ÖRNEK 4:

Bir hareketli 20 saniyede 100m yol alıyorsa, bu hareketlinin hızı kaç m/s’dir?

ÇÖZÜM:

V= X V= 100m
t 20s

V= 5m/s dir.

2.Düzgün hızlanan hareket:Bir cismin hızı yer değiştirme süresince düzgün bir şekilde artıyorsa buna düzgün hızlanan hareket denir. Hızda değişme olduğuna göre bu harekette ivme vardır. Cismin hızı her saniye ivme kadar artacaktır. Bu harekete ait konum–zaman, hız–zaman ve ivme–zaman grafikleri aşağıdaki gibidir.

3.Düzgün yavaşlayan hareket:Bir cismin hızı, yer değiştirme süresince, düzgün bir şekilde azalıyorsa, bu harekete düzgün yavaşlayan hareket denir. Düzgün yavaşlayan harekette hız değiştiği için ivme vardır. Cismin hızı her saniye ivme kadar azalacaktır. Düzgün yavaşlayan hareketin konum–zaman, hız–zaman ve ivme–zaman grafikleri aşağıdaki gibidir.

ÖRNEK 5:

Bir hareketlinin hız-zaman grafiği aşağıdaki gibidir. Bu hareketli I, II ve III bölgelerinde nasıl hareket yapmıştır?

Cismin hareketini saptamak için cismin hızındaki değişime bakılır.

I. bölgede cismin hızı değişmemiş, 
II. bölgede cismin hızı artmış, 
III. bölgede cismin hızı azalmıştır.

Dolayısıyla cisim I. bölgede sabit hızlı, II. bölgede hızlanan, III. bölgede yavaşlayan hareket yapmıştır.

MIKNATIS DEMİRİ ÇEKER TAHTAYI ÇEKMEZ

Mıknatıslarda yükler düzgün sıralandığı için bir ucu eksi ( – ), diğer ucu artı ( + ) yüklüdür.
Böyle olmasına rağmen mıknatıs her maddeyi çekmez.
Mıknatısı bir maddeye sürttüğünüzde o madde mıknatıslık özelliği kazanıyorsa bu maddeye mıknatısın çektiği madde, sürttüğünüzde mıknatıs özelliği kazanmıyorsa o maddeye mıknatısın çekmediği madde denir. ( Sürtünme ile elektriklenmeyi hatırlayın. )
Manyetizma ile ilgili ilk bilgiler, Manisa ilimizin bulunduğu yörede, M.Ö. 600 yıllarında bulunan siyah bir taşın bazı cisimleri çekmesi ile ilgilidir. Siyah taşı andıran ve cisimleri çeken bu maddeye magnesia adı verilmiştir. Bugün kullanılan manyetik ve mıknatıs sözcükleri buradan gelmektedir. Mıknatıs taşı ya da manyetit adı verilen doğal mıknatıs, bir tür demir oksit bileşiğidir. Yeryüzünün bazı yerlerinde bu tür doğal mıknatıslar bulunur.
Toplu iğne, çivi, ataş, anahtar gibi cisimler mıknatıs tarafından çekilir. Kurşun, alüminyum tel, lastik, cam gibi maddeler ise mıknatıs tarafından çekilmez.
Doğal mıknatıs taşının çektiği demir, nikel ve kobalt gibi maddelere manyetik maddeler denir. Bu maddeler doğal mıknatısa sürtüldüğünde ya da yakınına konulduğunda mıknatıs özelliği kazanır. Bir süre bu özelliği korurlar. Bu çeşit maddelere yapay mıknatıs adı verilir.
Bazı maddeler mıknatısla etkileşmez ve mıknatıs özelliği kazanamaz. Bu tür maddelere manyetik olmayan maddeler denir. Alüminyum, gümüş, altın, cam ve kağıt gibi maddeler manyetik olmayan maddelere örnek gösterilebilir.
Mıknatıs Şekilleri ve Kutupları
Doğal mıknatıs doğada çok az bulunur. Bu nedenle günlük yaşamda yapay mıknatıslar kullanılır. Demir, nikel, kobalt gibi maddelerden çeşitli yöntemlerle yapay mıknatıs elde edilir. Yapay mıknatıslar çubuk, yassı, silindir, iğne, U ve at nalı şeklinde olabilir.
Mıknatıs, demir tozları üzerine tutulduğunda her tarafının aynı miktarda demir tozlarını çekmediği görülür. Demir tozları mıknatısın uç kısımlarında daha fazla toplanır. Mıknatısın çekme özelliğinin fazla olduğu uç kısımlarına mıknatıs kutupları denir.
Tam ortasından asılmış bir çubuk mıknatıs kuzey-güney doğrultusunu alarak dengelenir. Mıknatısın kuzeye yönelen ucuna kuzey ( north ) anlamında N kutbu, diğer uca da güney ( south ) anlamında S kutbu denir.
Bir mıknatısta N ve S kutuplarının özellikleri farklıdır. Bu farklılıktan dolayı aynı kutuplar ( N – N, S – S ) birbirini iter, farklı ( N – S, S- N ) kutuplar birbirini çeker. Pratikte bazı mıknatısların kutupları belli olsun diye uçları farklı renklerde boyanır ya da uçlara N, S harfleri yazılır.
Mıknatıslar pusula yapımında, telefon kulaklıklarında, telefon kulaklıklarında, radyo, zil, televizyon, oyuncak, buzdolabı, elektrik motorlarında vb. araçlarda kullanılır.

Mıknatıslara kauçuk gibi katkı maddelerinin katılması ile bükülebilen yumuşak mıknatıslar da elde edilebilir. Bu tür mıknatıslar buzdolabı kapılarında, elektronik sanayinde, tıpta ameliyat tekniklerinde kullanılmaktadır.
Mıknatıslardan yararlanılarak, yön bulmada kullanılan pusulalar yapılır.
Mıknatısın ilk kullanımı büyük olasılıkla pusula iğnesi biçiminde olmuştur. Çinli gemicilerin bin yıldır denizcilikte yön belirlemek için pusula kullanıldığı biliniyor. Pusula yardımıyla yer belirten bir işaret, hatta Güneş ve yıldızların yardımı olmaksızın doğru rotada yol alabiliyorlardı. 1600 yılında İngiliz bilim adamı William Gilbert bir mıknatısın nasıl çalıştığını açıklamak için tümüyle yeni bir fikir ortaya attı. Dünya’nın kendisinin de dev bir mıknatıs olabileceğini öne sürdü. Bugün, Dünya’nın kuzey ve güney olmak üzere iki manyetik kutbu olduğu bilinmektedir.
Kutupları belirlenmemiş bir mıknatısın hangi ucunun kuzey, hangi ucunun güney kutbu olduğu bir pusula yardımıyla belirlenebilir. Pusula içindeki iğne de bir tür mıknatıs olduğundan mıknatısın herhangi bir kutbu pusulanın N kutbuna yaklaştırıldığında pusulanın ucu itiliyorsa, mıknatısın bilinmeyen kutbu N kutbudur. Tersine, pusulanın ucu mıknatıs tarafından çekiliyorsa mıknatısın bilinmeyen kutbu S kutbudur…

Read more