Newton'un Hareket Yasaları

1687'den kalma, düşen bir elmadan roket fırlatılışına kadar her şeyi hâlâ yöneten üç yasa. Onları öğrenin, kuvvetleri çizin ve sonra ne olacağını hesaplayın.

Yaklaşık 5 dk okuma
  • Newton'un üç hareket yasasını ifade edin
  • Kuvvet, kütle ve ivmeyi hesaplamak için F = ma formülünü kullanın
  • Günlük durumları üçüncü yasayla açıklayın
  • Kütle ile ağırlığı birbirinden ayırın

Evrenin kuralları

1687'de Isaac Newton, cisimlerin nasıl hareket ettiğini açıklayan üç yasa yayımladı. Bunlar hiç de bariz değil — insanlığın bunları doğru anlaması binlerce yıl aldı — ama bir kez kavrayınca, fren yapan bir arabadan bir uydunun yörüngesine kadar her şeyi tahmin edebilirsiniz.

Tanım: kuvvet

Kuvvet, bir itme veya çekmedir. Newton (N) ile ölçülür ve her zaman hem bir büyüklüğe hem de bir yöne sahiptir. Kuvvetler hareketi değiştirir: cisimleri hızlandırır, yavaşlatır veya yönlerini değiştirir.

Üç yasanın da merkezindeki ana fikir bileşke kuvvettir — bir cisme etki eden tüm kuvvetler (oklar olarak) toplandığında elde edilen kuvvet. Bileşke kuvvet sıfırsa kuvvetler dengelidir. Değilse dengesizdir — ve hareket değişir.

Newton'un birinci yasası: ne yapıyorsan onu yapmaya devam et

Newton'un 1. yasası

Bir cisim, üzerine bileşke kuvvet etki etmedikçe hızını korur.

Buz üzerinde kayan bir hokey topu kaymaya devam eder — hareketini sürdürmek için bir kuvvete ihtiyacı yoktur, yalnızca hareketini değiştirmek için gerekir. Bu özelliğe eylemsizlik denir: cisimlerin hareketlerindeki değişimlere direnme eğilimi. Daha fazla kütle, daha fazla eylemsizlik demektir.

Otobüs fren yaptığında yolcu neden öne savrulur? Otobüs yavaşlar, ama yolcunun bedeni hızını korur (birinci yasa), ta ki emniyet kemeri onu da yavaşlatacak kuvveti sağlayana kadar.

Newton'un ikinci yasası: F = ma

Newton'un 2. yasası

F = m × a

Bir cisme etki eden bileşke kuvvet, kütle ile ivmenin çarpımına eşittir. Daha büyük kuvvet → daha büyük ivme. Daha büyük kütle → aynı kuvvet için daha küçük ivme.

Çözümlü örnek

2 kg'lık bir el arabası 3 m/s² ivmeyle hızlanıyor. Bileşke kuvvet nedir?

Matematik
F = m × a
F = 2 kg × 3 m/s²
F = 6 N

Ve tersten: 1200 kg'lık bir arabaya 3000 N bileşke kuvvet etki ediyor. İvmesi a = F/m = 3000/1200 = 2.5 m/s² olur.

Kütle ve ağırlık — karıştırmayın

Kütle (kg), bir cismin içerdiği madde miktarıdır — her yerde aynıdır. Ağırlık (N), o kütleye etki eden yerçekimi kuvvetidir: ağırlık = kütle × yerçekimi alan şiddeti. Dünya'da g ≈ 10 N/kg olduğundan 2 kg'lık bir çanta yaklaşık 20 N ağırlığındadır. Ay'da daha hafif olurdu ama kütlesi değişmezdi.

cisimtepkiağırlıksürtünmeitme
Serbest cisim diyagramı: hesaplamadan önce cisme etki eden her kuvveti ok olarak çizin.

Newton'un üçüncü yasası: her etkinin bir tepkisi vardır

Newton'un 3. yasası

Her etkiye eşit ve zıt bir tepki vardır.

Duvara itin, duvar da size geri iter — bu yüzden eliniz acır, duvar değil. İki kuvvet farklı cisimlere etki eder, bu yüzden birbirini götürmez.

Roketler nasıl çalışır

Bir roket egzoz gazlarını geriye iter (etki). Gazlar roketi eşit ve zıt bir kuvvetle ileriye iter (tepki). Dikkat: itilecek bir havaya gerek yoktur — roketler uzayın boşluğunda mükemmel çalışır.

Yüzmek, yürümek, kuşların uçması — hepsi üçüncü yasanın hikâyesidir. Suyu geri itersiniz; su sizi ileri iter.

Practice

Newton'un üç yasasını kendi cümlelerinizle ifade edin.
Şöyle düşünün: devam et / F = ma / etki–tepki.
  1. Cisimler, bileşke kuvvet etki etmedikçe hızlarını korur. 2) F = ma — bileşke kuvvet, kütle × ivmeye eşittir. 3) Her etkiye eşit ve zıt bir tepki vardır.
5 kg'lık bir cisim 4 m/s² ivmeyle hızlanıyor. Bileşke kuvveti bulun.
F = ma.

F = 5 × 4 = 20 N.

Bir roketin boş uzayda hızlanabilmesini açıklayın.
Neyi iter?

Roket gazı geriye püskürtür (etki); üçüncü yasaya göre gaz roketi ileriye iter (tepki). Çevredeki havaya gerek yoktur.

Bir araba (1200 kg), 6000 N bileşke kuvvetle fren yapıyor. Yavaşlama ivmesini bulun.
F = ma'yı a = F/m olacak şekilde düzenleyin.

a = 6000/1200 = 5 m/s² (yavaşlama).

Quick check

Newton yasaları — kısa kontrol

Bir top, sürtünmesiz buz üzerinde sabit hızla kayıyor. Ona etki eden bileşke kuvvet…

Sabit hız, harekette değişiklik olmadığı anlamına gelir, yani (1. yasa) bileşke kuvvet sıfırdır.

2 kg'lık kütleye 10 N bileşke kuvvet etki ediyor. İvme…

a = F/m = 10/2 = 5 m/s².

Yürürken sizi ileri iten kuvvet…

Ayağınız yeri geriye iter (etki); yer sizi ileriye iter (tepki) — Newton'un üçüncü yasası.

Bir astronotun kütlesi Dünya'da 80 kg. Ay'da…

Kütle madde miktarını ölçer — değişmez. Ağırlık değişir; kütle değişmez.
Önemli çıkarımlar
    1. yasa: cisimler, bileşke kuvvet etki etmedikçe hızlarını korur (eylemsizlik).
    1. yasa: F = ma — kuvvet, kütle ve ivmeyi bağlayın ve formülü güvenle düzenleyin.
    1. yasa: her etkiye eşit ve zıt bir tepki vardır; farklı cisimlere etki eder.
  • Kütle (kg) maddedir; ağırlık (N) onun üzerindeki yerçekimi çekimidir: ağırlık = m × g.
  • Hesaplamadan önce serbest cisim diyagramları çizin — önce oklar, sonra sayılar.
8. Sınıf bölümlerine dönİlgili kaynaklar →