Kuvvet ve Hareket Konu Anlatımı

1. Kuvvet Kavramı

• Kuvvet: Duran bir cismi harekete geçiren, hareket eden bir cismi durduran, cismin yönünü, doğrultusunu veya hızını değiştiren, ayrıca cisimlerde şekil değişikliğine yol açabilen etkiye denir. Kuvvet, dinamometre ile ölçülür ve birimi Newton (N)’dur. Kuvvet, vektörel bir büyüklüktür.
• Bileşke Kuvvet (Net Kuvvet): Bir cisme etki eden birden fazla kuvvetin yaptığı etkiyi tek başına yapabilen kuvvettir. R” /> veya F” />net​ ile gösterilir.
  • Aynı yönlü kuvvetler toplanır.
  • Zıt yönlü kuvvetler çıkarılır. (Büyükten küçük çıkarılır, yönü büyük olan kuvvetin yönündedir.)

2. Newton’ın Hareket Yasaları

• Newton’ın Birinci Yasası (Eylemsizlik Yasası): Bir cisme etki eden net kuvvet sıfır ise, cisim duruyorsa durmaya devam eder, hareket ediyorsa sabit hızla hareketine devam eder. Bu duruma dengelenmiş kuvvetlerin etkisi altındaki hareket denir.
• Newton’ın İkinci Yasası (Temel Yasa): Bir cisme etki eden net kuvvet sıfırdan farklı ise cisim ivmeli hareket yapar. Bu ivme, net kuvvetle doğru orantılı, cismin kütlesiyle ters orantılıdır. Matematiksel olarak Fnet​=m⋅a şeklinde ifade edilir.
  • Fnet​: Net kuvvet (N)
  • $m$: Kütle (kg)
  • $a$: İvme (m/s2)
• Newton’ın Üçüncü Yasası (Etki-Tepki Yasası): Bir cisim başka bir cisme bir etki kuvveti uyguladığında, ikinci cisim de birinci cisme eşit büyüklükte ve zıt yönde bir tepki kuvveti uygular. Bu kuvvetler farklı cisimler üzerine etki eder.

3. Sürtünme Kuvveti

• Sürtünme Kuvveti (Fs​): Birbirine temas eden cisimlerin hareketini zorlaştıran veya engelleyen kuvvettir. Hareket yönüne her zaman zıt yöndedir.
• Statik Sürtünme Kuvveti: Cisim durgunken etki eden sürtünme kuvvetidir. Cismin harekete geçmesini engeller.
• Kinetik Sürtünme Kuvveti: Cisim hareket halindeyken etki eden sürtünme kuvvetidir.
• Sürtünme kuvvetinin büyüklüğü Fs​=k⋅N formülü ile hesaplanır.
  • $k$: Sürtünme katsayısı
  • $N$: Yüzeyin cisme uyguladığı tepki kuvveti (Genellikle cismin ağırlığına eşittir: $N=m\cdot g$)

Çözümlü Örnek Test Soruları

1. Soru Kütlesi $2\text{ kg}$ olan bir cisme, yatay sürtünmesiz bir düzlemde $10\text{ N}$ büyüklüğünde bir kuvvet uygulanıyor. Buna göre, cismin ivmesi kaç m/s2‘dir?

A) 2 B) 5 C) 10 D) 20

Cevap ve Açıklama:

• Doğru Seçenek: B) 5
• Açıklama: Newton’ın temel yasasına göre Fnet​=m⋅a formülünü kullanırız. Verilen değerleri yerine koyarsak: 10=2⋅a⟹a=10/2=5 m/s2.

2. Soru Bir cisme etki eden net kuvvet sıfır ise bu cismin hareketi için aşağıdakilerden hangisi kesinlikle doğrudur? A) Hareketsizdir. B) Sabit bir hızla hareket ediyordur. C) Hızlanmaktadır. D) Duruyorsa durmaya devam eder, hareketli ise sabit hızla hareketine devam eder.

Cevap ve Açıklama:

• Doğru Seçenek: D) Duruyorsa durmaya devam eder, hareketli ise sabit hızla hareketine devam eder.
• Açıklama: Newton’ın Birinci Yasası (Eylemsizlik Yasası) gereğince, bir cisme etki eden net kuvvet sıfır ise cisim hareket durumunu korur. Eğer duruyorsa durmaya devam eder, eğer hareket ediyorsa hızı ve yönü değişmeden, yani sabit hızla hareketine devam eder.

3. Soru Aşağıdaki durumlardan hangisi etki-tepki kuvvetlerine örnek teşkil etmez?

A) Bir masanın üzerinde duran kitabın, masaya uyguladığı kuvvet ve masanın kitaba uyguladığı kuvvet. B) Uçan bir roketin itici kuvveti ve gazların rokete uyguladığı kuvvet. C) İpteki gerilme kuvveti ve cismin ağırlığı. D) Duvara çarpan bir topun duvara uyguladığı kuvvet ve duvarın topa uyguladığı kuvvet.

Cevap ve Açıklama:

• Doğru Seçenek: C) İpteki gerilme kuvveti ve cismin ağırlığı.
• Açıklama: Etki-tepki kuvvetleri her zaman farklı cisimler üzerine etki eder. C seçeneğindeki gerilme kuvveti ip üzerinde, ağırlık ise cisim üzerindedir. Ancak bu iki kuvvet etki-tepki çifti değildir. Ağırlık kuvvetinin tepkisi, yerin cisme uyguladığı çekim kuvvetine karşı cismin yere uyguladığı kuvvettir.

4. Soru Bir cisim, sürtünmeli yatay bir yolda hareket ediyor. Cismin hızlandığı bilindiğine göre, cisme etki eden net kuvvetin yönü aşağıdakilerden hangisidir?

A) Cismin hareket yönüne zıttır. B) Cismin hareket yönüyle aynıdır. C) Net kuvvet sıfırdır. D) Cismin kütlesine bağlıdır.

Cevap ve Açıklama:

• Doğru Seçenek: B) Cismin hareket yönüyle aynıdır.
• Açıklama: Bir cismin hızlanabilmesi için ivmesinin olması gerekir. Newton’ın ikinci yasasına (Fnet​=m⋅a) göre, ivme vektörünün yönü net kuvvet vektörünün yönüyle aynıdır. Cismin hızlanması, hız ve ivme vektörlerinin aynı yönlü olduğu anlamına gelir. Dolayısıyla, net kuvvet de hareket yönüyle aynı yöndedir.

5. Soru Bir cisme etki eden sürtünme kuvveti ile ilgili aşağıdakilerden hangisi yanlıştır?

A) Cismin hareket yönüne zıt yöndedir. B) Statik sürtünme katsayısı, kinetik sürtünme katsayısından daha küçüktür. C) Yüzeyin tepki kuvveti ile doğru orantılıdır. D) Cismin temas yüzeyinin büyüklüğüne bağlı değildir.

Cevap ve Açıklama:

• Doğru Seçenek: B) Statik sürtünme katsayısı, kinetik sürtünme katsayısından daha küçüktür.
• Açıklama: Genellikle, bir cismi harekete geçirmek, hareket ettirmeye devam etmekten daha zordur. Bu nedenle, statik sürtünme katsayısı (ks​) genellikle kinetik sürtünme katsayısından (kk​) daha büyüktür (ks​>kk​). Bu ifade yanlıştır.