Kütle Merkezi ve Ağırlık Merkezi video konu anlatımı 11. sınıf fizik


Kategoriler: Ders Videoları

Cisimlere etki eden kütle çekim kuvvetine ağırlık adı verilir. Ağırlık sadece bir noktaya değil, cismin tamamına etki eder. Cismi oluşturan parçacıkların ağırlıklarının bileşkesinin uygulama noktasına ağırlık merkezi denir. Yer çekimi olmayan ortamlarda cismin ağırlığı olmadığı için ağırlık merkezi kavramından söz edilemez. Ancak yer çekimi olmadığında bile cisimler bir kütleye sahiptirler. Cismin sahip olduğu kütlenin tamamının toplandığı kabul edilen noktaya cismin kütle merkezi denir. Düzgün geometrik şekle sahip homojen cisimlerde kütle merkezi, cismin geometrik merkezindedir. Kütle merkezi, skaler bir büyüklüğün merkezi iken ağırlık merkezi, vektörel bir büyüklüğün uygulama merkezidir. Bir noktadaki yer çekimi ivmesi, o noktanın Dünya’nın merkezine olan uzaklığına bağlı olarak değişir. Yeryüzüne yakın yerlerde yer çekimi ivmesi büyükken yeryüzünden uzaklaşıldıkça yer çekimi ivmesi azalır. Bu nedenle yeryüzünde duran bir cismin alt taraflarındaki noktalarına etkiyen yer çekimi kuvveti, üst taraflarındaki noktalarına etkiyen yer çekimi kuvvetinden büyüktür. Kütle merkezi O noktası olan düzgün şekle sahip bir cismin O noktasına eşit uzaklıktaki K ve L noktalarına etkiyen yer çekimi kuvvetleri karşılaştırılırsa GL > GK olur. Bu kuvvetlerin bileşkesi alındığında ise bileşke kuvvet, büyük kuvvete yakın ve dolayısıyla O noktasının altında olur. Cismin kütle merkezi O noktası iken ağırlık merkezi O noktasının altına kayar (Şekil 1.76).

Gökdelen gibi çok yüksek yapıların her noktasına aynı büyüklükte çekim kuvveti etki etmez. Çekim kuvvetlerinin bileşkesinin yeri, çekim ivmesinin sabit kabul edildiği durumdaki bileşkenin yerinden farklı olur. Ancak kütle merkezi, yer çekiminden bağımsız olduğu için daima cismin geometrik merkezi olur. Bu nedenle yüksek binalarda ağırlık merkezi ile kütle merkezi çakışık olmaz (Görsel 1.22). Yeryüzünden uzaklaştıkça azalan yer çekimi ivmesindeki bu değişim, boyutları küçük cisimler üzerinde ihmal edilecek düzeyde iken çok yüksek cisimlerde fark edilecek boyuttadır. Gökdelen, kule gibi yüksek binalar yapılırken bu alanla ilgilenen mühendis ve mimarlar, projelerini ağırlık merkezinin yerine dikkat ederek hazırlar.



Kütle merkezi O noktası olan ve esnemeyen ip ile asılan düzgün, türdeş levha şeklindeki cisim, hangi noktasından asılırsa asılsın ip doğrultusu cismin kütle merkezinden geçecek şekilde dengede kalır (Şekil 1.79). Çünkü cismin kütle merkezinden geçen düşey doğrunun sağ tarafındaki bütün parçacıklara ait torkların toplamı, sol tarafındakilerle eşit büyüklüktedir ve bu torklar, birbirleriyle zıt yönlüdür. Bu nedenle toplam tork sıfır olur ve cisim dönmez. Cismin asılı olduğu ipteki gerilme kuvveti de cismin ağırlığına eşit büyüklükte ve zıt yönlü olduğundan cisim üzerindeki net kuvvet sıfır olur. Denge koşulları sağlandığı için cisim dengede kalır.

Yatay düzlemdeki bir cismin ağırlığı bulunduğu yüzeye her zaman diktir. Eğer cismin ağırlığının doğrultusu cismin tabanının dış sınırı içinde kalırsa cisim bulunduğu zemin üzerinde dengede kalır. Cismin ağırlığı G ile zeminin tepki kuvveti N nün O noktasına göre torkları birbirine eşit ve zıt yönlü olduğu için cisim dengededir (Şekil 1.81.a,b). Cismin ağırlığının doğrultusu, cismin tabanından geçmezse cismin ağırlığının ve zeminin tepki kuvvetinin torkları birbirine eşit olmaz; bu nedenle cisim dengede kalamaz ve devrilir(Şekil 1.81.c)

Temel Yeterlilik Sınavı (TYT)
13 Haziran 2020 Cumartesi