11. Sınıf Fizik · Ünite 1
Kuvvet ve Hareket: İbni Sina'dan Newton'a
İbni Sina'nın mekanik çalışmalarından ilham alarak, eylemsizlik prensibini ve Newton'ın Hareket Yasaları ile net kuvvet-ivme ilişkisini keşfediyoruz.
Kazanım FİZ.11.1.1 · 40 dk okuma
Geçmişten Günümüze Hareketin Sırrı
İnsanlık tarihi boyunca cisimlerin nasıl ve neden hareket ettiği hep merak konusu olmuştur. Batı dünyasında Isaac Newton'ın hareket yasaları modern fiziğin temelini oluştururken, aslında yüzyıllar önce İbni Sina (Avicenna) mekanik alanında çığır açan fikirler öne sürmüştü. İbni Sina, bir cisme dışarıdan uygulanan etkinin cisme bir 'meyil' (Kasr-ı Meyl) kazandırdığını savundu. Ona göre, eğer hava direnci veya sürtünme gibi dış bir engel olmasaydı, cisim bu meyil sayesinde hareketine sonsuza dek devam ederdi. Bu fikir, günümüzde Newton'ın 1. Yasası olarak bildiğimiz eylemsizlik prensibinin ilk güçlü kıvılcımlarından biridir.
Newton'ın Hareket Yasaları
Newton, kendinden önceki bilim insanlarının (İbni Sina, Galileo gibi) çalışmalarını sentezleyerek üç temel hareket yasası ortaya koydu. Şimdi bu yasaları, önceden öğrendiğimiz ivme kavramı ile birleştirerek inceleyelim.
1. Yasa: Eylemsizlik
Bir cisme etki eden net (bileşke) kuvvet sıfırsa, cisim mevcut hareket durumunu korur. Yani duruyorsa durmaya devam eder, hareket halindeyse sabit hızla düz bir çizgide ilerlemeyi sürdürür. Bir otobüs aniden fren yaptığında öne doğru savrulmamızın nedeni, vücudumuzun önceki hızını koruma eğilimidir.
2. Yasa: Dinamiğin Temel Prensibi (Kuvvet ve İvme İlişkisi)
İvmenin, hızdaki değişim oranı olduğunu biliyoruz. Peki bir cismin hızını ne değiştirir? Elbette o cisme etki eden net kuvvet! Newton'ın 2. Yasası bize, net kuvvet sıfırdan farklı olduğunda cismin net kuvvet yönünde ivmeleneceğini söyler.
Bu formüle göre; uygulanan net kuvvet artarsa cismin ivmesi de aynı oranda artar. Ancak cismin kütlesi (m) ne kadar büyükse, aynı kuvvet altında ivmelenmesi o kadar zor olur. Kütle, hareket değişimine karşı konulan zorluğun bir ölçüsüdür.
3. Yasa: Etki - Tepki Prensibi
Doğada kuvvetler her zaman çiftler halinde bulunur. A cismi B cismine bir kuvvet uyguladığında (etki), B cismi de A cismine aynı büyüklükte fakat zıt yönde bir kuvvet uygular (tepki). Yürürken ayağımızla yeri geriye doğru iteriz, yer de bizi ileriye doğru iter.
Sınıf Tartışması: İddialar ve Çürütücüler
Şimdi şu iddiayı düşünün: 'Eğer at arabayı çekiyorsa, araba da atı aynı kuvvetle geriye çekmektedir. Bu durumda etki ve tepki kuvvetleri eşit ve zıt olduğu için net kuvvet sıfır olmalı, at arabayı hareket ettirememelidir.' Bu tartışmada atın ve arabanın üzerine etki eden FARKLI kuvvetleri ve zemindeki sürtünme faktörünü düşünerek, akranlarınızın fikirlerine destekleyici veya çürütücü argümanlar sunmaya çalışın.
Kuvvet ve Hareket: İbni Sina'dan Newton'a: Alıştırma Soruları
1. İbni Sina'nın mekanik üzerine yaptığı çalışmalarda, bir cisme uygulanan etkinin sürtünme gibi dış engeller olmadıkça hareketini sürdürmesini sağladığını ifade ettiği ve modern eylemsizliğin temeli sayılan kavram aşağıdakilerden hangisidir?
- A) Etki-Tepki
- B) Kasr-ı Meyl (Meyil)
- C) İvme Sabiti
- D) Kinetik Enerji
Cevabı göster
Doğru cevap: B) Kasr-ı Meyl (Meyil)
İbni Sina, cisme verilen itmenin (meyil) dış bir engel olmadıkça hareketi devam ettireceğini belirterek günümüzdeki eylemsizlik yasasına (Newton'ın 1. Yasası) benzer bir yaklaşım sunmuştur.
2. Sürtünmesiz yatay bir düzlemde durmakta olan 4 kg kütleli bir cisme 20 N büyüklüğünde sabit bir net kuvvet uygulanıyor. Cismin kazanacağı ivme kaç m/s² olur?
- A) 4
- B) 5
- C) 16
- D) 80
Cevabı göster
Doğru cevap: B) 5
Dinamiğin temel prensibine göre F = m.a'dır. 20 = 4 . a formülünden a = 5 m/s² olarak hesaplanır.
3. Sürtünmesiz düzlemde sabit 10 m/s hızla gitmekte olan bir cisme, hareket yönünde 12 N ve harekete zıt yönde 12 N büyüklüğünde iki kuvvet aynı anda uygulanmaya başlanıyor. Cismin bundan sonraki hareketi hakkında ne söylenebilir?
- A) Hemen durur.
- B) Önce yavaşlar sonra durur.
- C) 10 m/s sabit hızla hareketine devam eder.
- D) İvmelenerek hızlanmaya başlar.
Cevabı göster
Doğru cevap: C) 10 m/s sabit hızla hareketine devam eder.
Zıt yönlü ve eşit büyüklükteki kuvvetler birbirini sıfırlar ve net kuvvet sıfır olur. Eylemsizlik yasası (1. Yasa) gereği net kuvvet sıfırken cisim mevcut hareket durumunu korur, yani 10 m/s hızla gitmeye devam eder.
4. Newton'ın 3. Yasası olan Etki-Tepki prensibine göre aşağıda verilen yargılardan hangisi kesinlikle doğrudur?
- A) Etki ve tepki kuvvetleri daima aynı cisim üzerindedir.
- B) Etki kuvveti her zaman tepki kuvvetinden biraz daha büyüktür.
- C) Etki ve tepki kuvvetleri birbirini sıfırladığı için cisim hareket etmez.
- D) Etki ve tepki kuvvetleri farklı cisimler üzerinde olduğu için birbirlerini sıfırlamazlar.
Cevabı göster
Doğru cevap: D) Etki ve tepki kuvvetleri farklı cisimler üzerinde olduğu için birbirlerini sıfırlamazlar.
Etki ve tepki kuvvetleri eşit büyüklükte ve zıt yönlüdür ancak en önemli özellikleri FARKLI cisimlere etki etmeleridir. Bu yüzden birbirlerini matematiksel olarak sıfırlayıp bir cismi dengede tutmazlar.
5. Sınıf tartışmasında bir öğrenci 'Ağır bir market arabasını iterek ivmelendirmek, boş bir market arabasını ivmelendirmekten daha zordur' iddiasında bulunuyor. Bu iddiayı bilimsel olarak desteklemek için aşağıdaki ifadelerden hangisi en uygun gerekçedir?
- A) Market arabasının kütlesi arttıkça etki-tepki kuvvetleri yön değiştirir.
- B) Aynı net kuvvet uygulandığında, kütle arttıkça cismin ivmesi azalır; kütle hız değişimine karşı direncidir.
- C) Boş arabanın tekerlekleri daha büyük olduğu için daha kolay ivmelenir.
- D) Ağır arabaya etki eden net kuvvet daima sıfır olmaya eğilimlidir.
Cevabı göster
Doğru cevap: B) Aynı net kuvvet uygulandığında, kütle arttıkça cismin ivmesi azalır; kütle hız değişimine karşı direncidir.
F=m.a bağıntısına göre aynı F kuvveti uygulandığında, m (kütle) artarsa a (ivme) azalır. Kütle, harekete veya hız değişimine karşı gösterilen direnç (eylemsizlik ölçüsü) olduğu için ağır arabayı ivmelendirmek daha zordur.