Fen Bilimleri dersleri işlenirken öğrendiğimiz  önemli noktalardan biri de duyularımızın bilimsel bir karar vermek için yetersiz olduğudur. Örneğin hareket eden bir otomobilin süratini sadece bakarak söyleyemeyiz. Bunun için çeşitli aletlerle bilimsel ölçümler yapmak gerekmektedir.

Süratin Tanımı: Birim zamanda gidilen yola sürat denir.

Bir cismin süratini hesaplama

Sürati hesaplamak için gidilen yolun ve bu sırada geçen zamanın bilinmesi gerekir.
Evi ile okulu arasında 300 metre mesafe olan bir öğrencinin süratini hesaplayabilmek için evden çıkıp okula varıncaya kadar geçen süreyi bilmemiz gerekir.

Süratin Formülü:
Sürati hesaplamak için kullanılacak formül oldukça basittir. Bir hareketlinin ne kadar yolu ne sürede gittiğini biliyorsak alınan yolu, geçen zamana bölerek sürati hesaplayabiliriz.

Süratin Birimi:
Bildiğimiz gibi her büyüklüğün bir cinsi vardır. Bu cins birim olarak tanımlanır. Süratin birimi ise yolun ve zamanın hangi cinsten verildiğine bağlıdır. Örneğin yok kilometre (km), zaman saat(h) olarak verilmişse birim kilometre/saat (km/h) olarak belirlenir.
Yol metre(m), zaman dakika(dk) olarak verilirse sürat birimi metre/dakika (m/dk) olur.

Bazı sürat birimleri:
km/h
m/s
m/dk
km/s
m/h
km/dk
(Yol birimini zaman birimine bölen her birim sürat birimi olarak kullanılabilir.)

Sürat Hesaplama örnekleri

300 metre yolu 30 dakikada yürüyen birinin sürati 300m/30dk = 10m/dk olarak hesaplanır.

Bazen yol metre, zaman dakika olarak verilir fakat sürati km/h cinsinden hesaplamamız istenebilir. Bu durumda elimizdeki büyüklükleri istenilen birimlere dönüştürmemiz gerekir.
300 metre = 0,3 km.  30 dk = 0,5 h. ‘dir.
Bu durumda sürat:
Sürat = 0,3km / 0,5h = 0,6km/h olarak hesaplanır.

Okuldan çıkıp evine gitmekte olan Kıvanç evine 20 dakikada ulaşıyorsa Kıvanç’ın süratini bulunuz.

Bilinenler:
Zaman: 20 dk.
Yol: 400 m + 300 m = 700m

İstenen:
Sürat

Sürat = yol/zaman

700m/20dk

sürat = 35m/dk

• Bir araç 20 dakikada 40 km yol gidiyor. Bu aracın sürati kaç km/h’dir?

Soruda sürati kilometre bölü saat cinsinden istemiş.
20 dk’da ne kadar yol gittiğini biliyoruz. O halde 1 saati de buluruz.
20 dk’da 40km yol giderse → 1 saatte 120 km gider.

Bu da sürati bize verir 120km/h

Birim zamanda gidilen yola sürat denir. Yani sürat yola ve zamana bağlıdır. Bir hareketlinin süratini hesaplamak için yolu zamana böleriz.

Hareketli bir cismin süratini incelediğimizde 3 durum karşımıza çıkar;

• Sabit Süratli Hareket
• Hızlanan hareket
• Yavaşlayan hareket

Sabit Süratli Hareket
Bir cismin sürati hep aynı kalıyorsa, artmıyor ve azalmıyorsa sabit süratli hareket yapıyor demektir. Sürati sabit olan bir hareketli eşit zaman aralıklarında eşit yollar alır.
(sabit süratli bir cisim dengelenmiş kuvvetlerin etkisinde kalır)

Örneğin bir hareketlilin zaman ve yol bilgilerini içeren tabloya bakalım.

Şimdi bu tablodaki verileri Yol – Zaman grafiğine çizelim:

Yukarıdaki grafik sabit süratli bir harekete ait. Peki bunu nasıl anlıyoruz?
Sabit sürat olması için eşit zamanlarda eşit yol gitmesi lazım.
Bakalım;
Grafiğe baktığımızda her iki saniyede 10 metre yol gittiğini görüyoruz. Tüm grafiğe baktığımızda bunun değişmediğini anlıyoruz.
Öyleyse bu hareket sabit süratli harekettir diyebiliriz.

Bir de sürati hesaplayarak doğru mu diye bakalım;

0-2. saniyedeki sürat: 10m/2s = 5m/s
2-4. saniyedeki sürat: 10m/2s= 5m/s
4-6. saniyedeki sürat: 10m/2s= 5m/s
6-8. saniyedeki sürat: 10m/2s= 5m/s
8-10. saniyedeki sürat: 10m/2s= 5m/s

Görüldüğü gibi sürat hep 5m/s olarak hesaplandı. Demekki sabit süratli hareketmiş.

Şimdi bu sabit süratli hareketin sürat – zaman grafiğini çizelim.

Grafikte tüm zamanlar için süratin 5m/s değerinde kaldığını görebiliriz.

Yavaşlayan Hareket
Bir hareketlinin aldığı yol zamanla azalıyorsa sürati de azalıyordur. Yani yavaşlıyordur.

Yavaşlayan hareket için yol zaman grafiği çizelim

Grafiği incelediğimizde 2. saniyede 10 metre yol aldığını görüyoruz.
Sabit süratle gitseydi 4. saniyede yolu 20 metre olmalıydı.
Grafikte 20. metreye ancak 10. saniyede ulaşabilmiş. Buradan da anlaşılabileceği üzere cisim yavaşlamış.
Sürati hesaplayarak doğru mu söylüyoruz bakalım:

0-2 saniyedeki sürat: 10m/2s = 5m/s
2-8 saniye arasındaki sürat : 10m/8 s= 1.25 m/s

Görüldüğü gibi hareketlinin hızı azalmış.

Hızlanan Hareket
Bir hareketlinin aldığı yol zamanla artıyorsa sürati de artıyordur. Yani hızlanıyordur.

Hızlanan hareket için yol zaman grafiği çizelim

Grafiğe baktığımızda hareketlinin 2. saniyede 10 metre yol gittiğini görüyoruz. Eğer hareketli sabit süratli olsaydı 4. saniyede 20 metrede olması gerekirdi. Fakat 40 metreye ulaştığını görüyoruz. O halde hızlanan bir hareket yaptığını anlıyoruz.
Doğru mu bakalım;

0-2 saniyedeki sürat: 10m/2s = 5m/s
2-4 saniye arasındaki sürat: 30m/2s = 15m/s

Görüldüğü gibi hareketli hızlanmıştır.

Animasyonda çeşitli değişkenler kullanılarak çeşitli gözlemler yapılabilir.

Tam ekran: https://phet.colorado.edu/sims/html/forces-and-motion-basics/latest/forces-and-motion-basics_en.html

Bu dosyada dengelenmemiş kuvvet etkisi altında olan cisimlerin görselleri bulunmaktadır. Fen panosuna vb. asmak için kullanılabilen dosyanın bir kısmının örneği aşağıda verilmiştir.
Bağlantıya tıklayarak dosyayı indirebilirsiniz.

Dengelenmemiş kuvvet

1 file(s) 0.00 KB

Download

Bir cisim dengelenmemiş kuvvetlerin etkisindeyse,

• ya hızlanıyor,
• ya da yavaşlıyordur.

Dengelenmemiş kuvvet etkisindeki cisimlere örnekler,

• Yavaşlayan otomobil
• Gaza basarak hızlanan otomobil
• Daldan düşmeye başlayan elma
• Yukarı hızla atılıp yavaşlamaya başlayan top
• Yorulup yavaşlayan çita
• Giderek hızlanan rüzgar
• Yeşil ışık yanınca harekete geçen otomobil
• Rampada yavaşlayan kamyon vb.

Bir madde dengelenmiş kuvvet etkisindeyse,

• Ya duruyordur.
• Ya da sabit süratle hareket eder.

Dengelenmiş kuvvet etkisindeki cisimlere örnekler;

• Duvarda asılı levha
• Park etmiş otomobil
• Ay’ın Dünya etrafında hareketi
• Dünya’nın Güneş etrafında dolanması
• Saniye, akrep ve yelkovanın hareketi
• Duvarda asılı ayna
• Sabit süratle ilerleyen otomobil
• Aynı süratle dönen pervane
• Dalda duran elma
• Masanın üzerindeki kitap
• Yerde serili halı
• Hep aynı hızda esen rüzgar
• Akış kızı değişmeyen akarsu
• Köprü
• Binalar vb.

Bileşke kuvvetin çeşitli özellikleri vardır.

• Aynı yöne olan kuvvetler toplanır.
• Zıt yöne olan kuvvetler çıkarılır.
• Bileşke kuvvet elde kalan son kuvvettir.
• Bileşke kuvvet kısaca R harfiyle gösterilir.
• Bileşke kuvvet diğer kuvvetlerle aynıdır. Birimi Newton’dır.
• Bileşke kuvvetin yönü büyük kuvvetin olduğu tarafadır.
• Bileşke kuvvet sıfır olabilir.
• Bileşke kuvvetin doğrultusu uygulanan kuvvetlerle aynı olur.
• Bileşke kuvvetin diğer adı Net Kuvvettir.

Kuvvetin Özellikleri:

Kuvvetin özelliklerini aşağıdaki gibi özetleyebiliriz;

• Duran bir cismi harekete geçirebilir,
• Hareket eden bir cismi durdurabilir,
• Hareketin hızını attırabilir (hızlandırma),
• Hareketin hızını azaltabilir(yavaşlatma),
• Hareketin yönünü değiştirebilir,
• Cisimlerde şekil değişikliği yapabilir.
  

Yukarıdaki resimler kuvvetin özelliklerini daha iyi anlamamızı sağlayabilir.

Bir cismin kuvvete sahip olabilmesi için enerjiye sahip olması gerekir. Motor, insan, Dozer, Rüzgar, Su, Sıkılmış bir vida, Gerilmiş yay gibi pek çok nesne kuvvete sahip olabilir.

Kuvvet soyut bir kavramdır. Fakat etkileri hayatın her alanında kendini gösterir.

Kuvvetin hangi özelliklerini bilmek gerekir?

Bir kuvvetten bahsettiğimiz zaman kuvveti oluşturan bazı özelliklerin de bilinmesi gerekir.

Kuvvetin Birimi: Kuvvet birimi Newton’dur. Nivtın diye okunur ve N harfiyle gösterilir. Newton birimi kuvvet hakkında çalışmalarıyla ünlü bilim insanı Isaac Newton‘dan gelmektedir.

Kuvvetin Yönü: Eğer bir kuvvetten bahsediyorsak mutlaka yönünü de belirtmemiz gerekir. Örneğin bir kapıyı açmak için 5N kuvvete ihtiyaç olduğunu düşünelim. Bu 5N kuvvetin açma yönüne doğru uygulanması gerekir. Aksi taktirde kuvvetin büyüklüğü yeterli olsa da yönü yanlış olduğu için beklediğimiz işi yapamayacaktır.

Kuvvetin Uygulama Noktası: Kuvvetin nereden uygulandığı da önemlidir. Yanlış noktadan uygulanan kuvvet büyüklüğü ve yönü doğru olsa da işimize yaramayacaktır.

Araçların hareketini kuvvet gibi düşünürsek;

1 ve 2 aynı doğrultudadır.
3 ve 4 aynı doğrultudadır.

2 ve 3 farklı doğrultudadır.
2 ve 4 farklı doğrultudadır.
1 ve 3farklı doğrultudadır.
1 ve 4 farklı doğrultudadır.

Ayı yol üzerinde bulunan kuvvetlerin doğrultusu aynıdır.

Yukarıdaki üç kuvvetin de doğrultuları farklıdır. Kuvvetler aynı yol üzerinde değildir.

Yukarıdaki otomobile etki eden F1 ve F2 kuvvetleri zıt yönlü olmasına rağmen aynı doğrultudadır.
Bu iki kuvvet aynı çizgi üzerinde düşünülebilir.
Doğu batı arası bir çizgi çizilse bu iki kuvvet de bu çizginin üzerinde kalır.
F1 ve F2 kuvvetleri doğu batı doğrultusunda bulunmaktadır.

Bir kayayı tek başına itmek 4 kişiyle itmekten farklı sonuçlar doğurur.

Kaya örneğinde, taşı sürüklemek isteyen 4 kişi bu işi 1 kişiye göre daha kolay yapar. Bunun nedeni 4 kişinin hepsinin aynı yöne doğru kuvvetlerini birleştirmesidir.

İki ya da daha fazla kuvvetin yaptığı etkiyi tek başına yapan kuvvete Bileşke kuvvet (net kuvvet) denir. Bileşke kuvvet R harfiyle gösterilir.
Yukarıdaki örnekte 4 kişinin toplam kuvveti saha büyük olduğu için kayayı ilk resimdeki kişiye göre çok daha kolay hareket ettirir.

Bileşke Kuvvetin Hesaplanması
Kuvvetlerin bileşkesi (net kuvvet) bulunurken

• Aynı yönlü kuvvetler toplanır,
• Zıt yönlü kuvvetler çıkarılır.

Bileşke  Kuvvet Örnekleri

A kutusuna etki eden Net kuvveti bulalım.
F1 ve F2 kuvvetleri aynı yöne bakmaktadır. Bu yüzden bu iki kuvvet toplanır.
R = F1+F2
10N + 7N
R = 17 N, Doğu yönünde
Bileşke kuvvet bulduk.

K kutusuna etki eden Net kuvveti bulalım.
Buradaki F1 ve F2 kuvvetleri zıt yönlü kuvvetlerdir. Biri doğuya, diğeri batıya bakmaktadır.
Bu durumda kuvvetleri çıkarmamız gerekir.
Bileşke kuvvet (R) = F1 – F2
= 12N – 8N
R = 4N, Doğu yönünde.
Bileşke kuvvet bulduk.

Burada dikkat etmemiz gereken çıkarma işleminde büyükten küçüğün çıkarılması gerektiğidir.

M kutusuna etki eden net kuvveti bulalım.
Burada hem aynı yönlü, hem zıt yönlü kuvvetler var.
Aynı yönlüler toplayalım:
F1+ F2 = 6N + 9N = 15 N Doğu

F3 + F4 = 11N + 7N = 18N Batı

Büyük olandan küçüğü çıkaralım;
R = 18N – 15N = 3N

Net kuvvet 3N ve Batı yönündedir.

Başka bir örnek

Kuzey ve güney yönündeki kuvvetlerin bileşkesi sıfırdır. Eğer bu kuvvetler sıfırlanmasaydı farklı doğruntularda kuvvetler ortaya çıkar ve bunları toplayamazdık. (lisede öğrenilecek)

Yatay kuvvetleri incelersek;
Batı yönünde 6N, Doğu yönünde 20N+15N=35N kuvvet vardır.
Büyük kuvvetten küçüğü çıkaralım;
35N – 6N = 29 N
Büyük kuvvetin yönü bileşke kuvvetin yönü olmalıdır;
29N Doğu

 Hayatımızda Bileşke Kuvvet

Hayatımızın pek çok alanında bileşke kuvvet karşımıza çıkar.

• Ağır bir cismi taşıması için arkadaşımıza yardım ederken,
• Halat çekme oyunu oynarken,
• Islak çamaşırları ipe iki mandal kullanarak asarken,
• Masanın ağırlığını 4 ayağı tartarken,
• Oturduğumuz yerden kalkarken nem ayaklarımız hem de ellerimizi kullanırken.

Dengelenmiş kuvvet: Bir cisme etki eden bileşke kuvvet sıfırsa dengelenmiş kuvvetlerin etkisindedir.
Dengelenmemiş kuvvet: Bir cisme etki eden kuvvet sıfırdan farklıysa dengelenmemiş kuvvet etkisindedir.