Bir aracı hareket ettirmek için ya da bir oku atabilmek için ona bir kuvvet uygularız. Bir futbolcu topa vurduğunda onun hareket yönünü değiştirir. Evrende tüm cisimler büyük olsun küçük olsun birbiri ile etkileşim içindedir. Bu etkileşim de birbirine kuvvet uygulama şeklindedir. Cisimlerin durgun halde kalabilmesi için de onlara kuvvet uygulamak gerekir. Bir geminin su yüzeyinde durabilmesi için suyun gemiye kaldırma kuvveti uygulaması gerekir.
İtme ya da çekme etkisine kuvvet denir. Kuvvet F ile gösterilir SI birim sisteminde birimi (N) Newton’dur. Kuvvet, vektörel bir büyüklüktür. Yani şiddeti ile birlikte yönü de önemlidir.
Temas Gerektiren ve Temas Gerektirmeyen (Alan) Kuvvetleri: Kuvvetler genel olarak temas gerektiren ve gerektirmeyen kuvvetler diye ikiye ayrılır. Birbirine temas halindeki cisimlerin uyguladığı kuvvetler örneğin atın arabayı çekmesi ya da bozulan bir aracın itilmesi gibi kuvvetlere temas gerektiren kuvvet denir. Temas gerektirmeyen kuvvet ise aralarında temas olmamasına rağmen iki cismin birbirine uyguladığı kuvvettir. Örneğin elektrik yüklü iki cismin birbirini itmesi ya da çekmesi ya da manyetik alan içindeki yüklü cisme kuvvet etki etmesi temas gerektirmez.
Kuvvetin gözlenebilen etkileri şekil değişikliği, hareket halindeki bir cismin hareket yönünün değişmesi, hareket halindeki bir cismi durdurma gibi sıralanabilir.
Temel Kuvvetler: Doğadaki tüm kuvvetler, temas gerektirsin ya da gerektirmesin dört temel kuvvetten türetilmiştir. Büyüklük sırasına göre kuvvetler:
1. Güçlü nükleer kuvvet
2. Elektromanyetik kuvvet
3. Zayıf nükleer kuvvet
4. Kütle çekim kuvveti
1. Güçlü Nükleer Kuvvet: Atom çekirdeğinde (+) yüklü protonlar ve yüksüz nötronlar bir arada durur. Çekirdek içindeki bütün parçacıkları bir arada tutan çok büyük bir kuvvet vardır. Bu kuvvet o kadar büyüktür ki adeta bütün parçacıkları birbirine yapıştırır. Menzili çekirdek dışında etkisizdir. Bu kuvvet güçlü nükleer kuvvet olarak tanımlanır. Bu kuvvetin oluşumunu sağlayan çok küçük parçacıklara gluon (yapıştırıcı) denir.
2. Elektromanyetik Kuvvet: Elektromanyetik kuvvet, elektrik yüklü parçacıklar arasında oluşan kuvvettir. Elektrik yüklerinin birbirini itmesi ve çekmesinin keşfedilmesi fiziğin gelişmesine önemli katkılar sağlamıştır. Manyetik alanın yüke kuvvet uygulanmasının keşfedilmesi de, fiziğin gelişmesini daha da artırmıştır. Çekirdeğin etrafında elektronların hareketi elektromanyetik kuvvetle açıklanır.
3. Zayıf Nükleer Kuvvetler: Atom ve atom çekirdeğinin kararlı yapısı evrenin dengesi için çok önemlidir. Bu denge sayesinde maddeler bir anda bozulmazlar. Atom çekirdeğindeki kararsızlığı sağlayan kuvvetlere zayıf nükleer kuvvetler denir. Radyoaktif elementlerde daha etkilidir.
4. Kütle Çekim Kuvveti: Uçaktan atlayan bir paraşütçü yere doğru hareket eder. Yüksek bir noktadan bırakılan cisim hızlanarak yere çarpar. Bunun gibi birçok olayın gerçekleşmesinde etken olan kuvvet kütle çekim kuvvetidir. Kütle çekim kuvveti temas gerektirmeyen bir kuvvettir.
SÜRTÜNME KUVVETİ
Hızla hareket etmekte olan bir aracı durdurabilmek için frene basmak gerekir. Fren balatalarıyla diskin birbirine sürtünmesi aracın durmasını sağlar. Günlük hayatta sürtünme kuvvetinin bazen fazla olması, bazen de az olması işimize yarar. Bir viraja giren aracın savrulmadan virajı alabilmesi için sürtünme kuvvetinin yüksek olması işimizi kolaylaştırır. Bir kayakçı için sürtünme kuvvetinin az olması daha önemlidir.
Sürtünmenin kaynağı, cisimlerin yüzeyinin pürüzlülüğüdür. Yüzeyler ne kadar pürüzsüz görünürse görünsün az da olsa pürüz vardır. Cisimler birbiri üzerinden kayarken bu pürüzlerin birbirine takılarak kenetlenip harekete karşı koymasının nedeni maddenin atomları ve molekülleri arasındaki elektrostatik kuvvetler olduğu düşünülmektedir.
Sürtünme kuvveti harekete karşı koyar. Sürtünme kuvvetinin sabit bir yönü yoktur. İki cisim birbiri üzerinden kayıyor ise sürtünme kuvveti bu durumu önlemeye çalışır. Sürtünme kuvveti harekete neden olmaz. Bir cismi harekete geçirmek için sürtünme kuvvetinden büyük bir kuvvet uygulamalıyız. Sürtünme kuvveti harekete ters yönlüdür ama cisim dururken sürtünme kuvveti cismi ters yönde harekete geçirmez. Sürtünme kuvveti temas yüzeyine paralel olarak cisimlere ayrı ayrı etki eder.
Sürtünme Çeşitleri: Sürtünme kuvveti statik ve kinetik olmak üzere iki çeşittir.
Statik Sürtünme Kuvveti: Temas halinde olan iki cismin henüz hareket etmezken, cismi hareket ettirebilecek en küçük kuvvete eşit ve zıt yönlü olan sürtünme kuvvetine statik sürtünme kuvveti denir.
Kinetik Sürtünme Kuvveti: Yatay düzlemde bulunan bir cisme düzgün doğrusal hareket yaptırabilmek için uygulanan en küçük kuvvete eşit ve zıt yönlü olan sürtünme kuvvetine kinetik sürtünme kuvveti denir.
Sürtünme kuvveti, sürtünen yüzeylerin alanına bağlı değildir. Aşağıdaki deneyde eşit kütleli aynı cins maddeleri F kuvveti ile çekersek cisimlere etki eden sürtünme kuvvetleri eşittir.
Sürtünme kuvveti hareket yönüne bağlı değildir. Bir hareketli hangi yönde hareket ederse etsin kuvvetin büyüklüğü değişmez ama yönü değişir. Sürtünme kuvveti hıza bağlı değildir. Cisim ister v, ister 2v hızıyla hareket etsin cisme etki eden sürtünme kuvveti sabittir. Yapılan deneyler sürtünme kuvvetinin, yüzeye bastıran kuvvete ve sürtünme katsayısına bağlı olduğunu göstermektedir. Statik sürtünme kuvvetinin sabit bir değeri yoktur. Sıfır ile maksimum değeri arasında değişir. Bir cisme, yatay düzlemde sıfırdan başlayıp artacak şekilde yatay bir kuvvet uygulandığında cisim harekete başlayana kadar sürtünme kuvveti ona ters yönde ve eşit büyüklükte etki eder. Statik sürtünme kuvvetinin alacağı değer,
0≤fs<ks.N şeklinde ifade edilir.
ks: statik sürtünme katsayısıdır.
Cisme etki eden maksimum statik sürtünme kuvveti:
Fs = ks . N
Hareket hâlindeyken cisme etki eden kinetik sürtünme kuvveti:
Fk = kk . N
Cisim hareket ederken tepki kuvveti değişmediği halde hareket başlamadan önceki sürtünme kuvveti ile harekete başladıktan sonraki sürtünme kuvvetinin büyüklüğü farklıdır. Bundan dolayı farklı iki sürtünme kuvveti ve sürtünme katsayısı arasında tablodaki gibi bir ilişki vardır.
Bir deneyde sırasıyla; bağımlı değişken, bağımsız değişken ve kontrol grubu bulunur. Bağımlı değişken, bağımsız değişkene bağlı olarak değişen değişkendir. Bağımsız değişken ise bir araştırmada bağımlı değişken üzerinde etkisi incelenen değişkendir. Kontrol grubu bağımsız değişkenin etkisine açık olmayan, etkisinde olmayan gruba denir. Bağımsız değişken bizim değiştirdiğimiz değişkendir. Bağımlı değişken ise bizim değiştirdiğimiz değişkene bağlı olarak değişimini gözlediğimiz değişkendir. Kontrollü değişken ise sabit tutulan değişkenlerdir.
Örnek olarak iletkenin boyunun ampul parlaklığına etkisini inceleyelim. Bu deneyde bağımsız değişken yani bizim değiştirdiğimiz değişken iletkenin boyu, bağımlı değişken ampul parlaklığı, kontrollü değişken ise iletkenin cinsi ve kesitidir.
Sürtünme Kuvveti Soru Çözümleri
