NEWTON'UN HAREKET KANUNLARI
Devinime neden olan etkiler insanlari uzun süre ilgilendirmis ve bu konuda Galileo ve Newton zamana dek pek basarili sonuçlar elde edilmemisti. Galileo’dan önce filozoflar, bir cismi devindirebilmek için kesinlikle bir etkinin, yani bir kuvvetin gerektigini ileri sürmemisler ve kuvvetin olmadigi durumlarda bir cismin durmasi gerektigine inanmamislardi Gerçekten bir düzlem üzerinde bir cisim kaydirilmak istenirse, cismin kisa bir süre gittikten sonra yavaslayip durdugu gözlenir. Bu gözlem dis bir kuvvet olamadigi sürece kaymanin olmadigi düsüncesini destekler. Galileo yaptigi deneylerde bu inancin gerçek olmadigini gösterdi. Eger cisim ve onun üzerinde durdugu düzlen pürüzsüz hale getirilirse ve cisim yaglanirsa, cismin hizinin daha yavas azaldigi ve cismin daha ileride durdugu gözlenir. Buna göre, cismin kaymasi yavaslatici, yani bütün sürtünmeler, ortadan kaldirilirsa, cismin degismez bir hizla yoluna bir dogru boyunca sonsuza degin devam sonucu çikar. Galileo’nun vardigi sonuç bu idi. Ona göre, bu cismin hizini degistirmek için bir dis kuvvet gerekir; ama belli bir hizda giden cismin hizini koruyabilmesi için bir kuvvete gerek yoktur. Mesela bir sandigi bir düzlemde ittigimiz durum için, ellimizin verdigi itme sandiga bir hiz kazandirir, fakat düzlem sandiga bir kuvvet uygulayarak onu yavaslatir ve durdurur. Her iki kuvvette hizda bir degisim, yani bir ivme olusturur. Iste Galileo’nun buldugu bu gerçegi, Galileo’nun öldügü gün dogan Isaac Newton bir evrensel yasa olarak 1686 da yazdigi Princiria Matematika Philosoph Naturalis adli kitabinda ortaya koydu.
NEWTON’UN BIRINCI HAREKET KANUNU (EYLEMSIZLIK PRENSIBI)
Herhangi bir cisim üzerine bir kuvvet etki etmiyorsa, yada etki eden kuvvetlerin bileskesi sifirsa, cisim durumunu degistirmez; yani duruyorsa durur, deviniyorsa yani hareket ediyorsa, devinimini bir dogru boyun devam ettirir.
a) Duran bir cisme bir kuvvet etki etmedikçe cisim yine hareketsiz kalir. Bir cisme etki eden kuvvetlerin bileskesi sifir (R=0) ise, cisim o anki durumunu korur.
Bir cisim için net kuvvet 0 ise a = 0 olur.
b) Hareketli bir cisme bir kuvvet etki etmezse, cismin hizi ve yönü degismez. Cisim hareket ediyorsa düzgün dogrusal yani sabit hizli olarak hareketine devam eder.
Disaridan uygulanan bir kuvvetin etkisinde olmayan bir cismin durgun halde kalir yani hareketsiz olur yada sabit bir hizla hareket eder. Hizin sabit olmasi dogal olarak ivmenin sifir olmasini gerektirir.
Newton’un bu birinci yasasi gözlem çerçevelerini de tanimlar. Çünkü genel olarak bir cismin ivmesi, yani hizindaki degisim belli bir gözlem çerçevesine göre ölçülür. Birinci yasaya göre cismin çevresinde baska bir cisim yoksa, yani bir cisme belli bir kuvvet etki etmiyorsa, öyle gözlem çevreleri bulabiliriz ki, cismin bu çerçevelerde ivmesi olmasin. Cisimlerin üzerine etki eden kuvvetlerin olmamasi durumunda cimlerin durumlarini korumasi maddenin bir özelligi olarak alinir ve buna eylemsizlik denir. Newton’un birinci yasasina da çogu kez eylemsizlik yasasi denir ve bunun geçerli oldugu gözlem çerçevelerine eylemsizlik gözlem çerçeveleri denir. Bu çerçeveler duragan yildizlara göre duran yada düzgün degismez bir hizla giden gözlem çerçeveleridir.
Newton’un birinci yasasinda görüldügü gibi, bir cismin durmasi veya degismez bir hizla gitmesi arasinda fark yoktur. Buna göre, bir eylemsiz çerçevede durdugu gözlenen bir cisim, baska bir çerçeveden bakilinca degismez bir hizla gider görünür. Her iki çerçeveye göre de cismin bir hizi yoktur. Her iki çerçeveye göre de hiz degismez. Buna göre her iki çerçevedeki gözleyici de cismin üzerine bir kuvvet etkidigi yada, etki eden kuvvetlerin bileskesinin sifir oldugu bulunur.
NEWTON’UN IKINCI HAREKET KANUNU
Birinci yasadan biliyoruz ki, kuvvet olmadiginda cismin hizinda bir degisim, yani ivme söz konusu degildir. O halde kuvvet oldugunda, bir ivme yani bir hiz degisimi olmalidir. Kuvvet ile ivme arasindaki baglantiyi bulabilmek için, önce ayni bir cisme degisik siddet ve dogrultuda kuvvet uygulanip F ve a ölçülürse, sonrada farkli cisimlerle ayni ölçmeler yapilirsa su sonuçlar elde edilir:
1) Bütün durumlarda ivmenin dogrultusu kuvvetin dogrultusu yönünle aynidir.Bu sonuç, cisim baslangiçta durgunda olsa, herhangi bir hizla belli dogrultuda gitse de dogrudur.
2) Belli bir cisim için kuvvetin siddetinin, ivmenin orani degismez kalmaktadir.
F/a=sabit
F = m . a esitliginde görüldügü gibi kütle, uygulanan kuvvete karsi cismin kazanacagi ivmeye karsi koyan bir nicelik olarak ortaya çikmaktadir. Yani, ayni bir kuvvetle kütlesi küçük olan bir cisim daha büyük bir ivme, kütlesi büyük olan bir cisim ise daha küçük bir ivme kazanir. Sözgelimi duran yada hiç degismeyen bir hizla giden otomobilin (~ 1500 kg) hizinda, saniyede 5 m/s lik bir hiz degisimi saglayabilmek için 7500 N luk bir kuvvet gerekirken, ayni hiz degisimini bir kamyonda (~2000 kg) saglayabilmek için 2500 N luk bir kuvvet gerekir. Bu yönüyle kütle, devinime karsi koyan bir niceliktir; baska bir deyimle, ötelenme devinimindeki degisime karsi koyar.Bu açidan kütleye, öteleme eylemsizligi de denir.
Newton’un ikinci yasasi olarak bilinen F = m . a esitligi vektörel bir esitliktir. Bir cisme ayni anda çesitli dogrultularda, çesitli büyüklüklerde bir çok kuvvet etki ettiginden, cisim bunlarin bileskesi yönünde bir ivme kazanir.
Devinim tek boyutta ise bu durumda kuvvetler de tek dogrultuda olacagindan, kuvvetlerin büyüklüklerinin cebirsel toplaminin kütleye orani, ivmenin degerini verir. Devini iki boyutta ise bu durumda kuvvetler x,y bilesenleri bulunur., bunlarin cebirsel toplaminin kütleye bölümü o yöndeki ivme bilesenini büyüklügünü verir.
* Ivme uygulanan kuvvetle dogru orantilidir ve kuvvet yönündedir.
* Cismin momentumunda zamana göre degisiminin orani, cisme etkiyen kuvvetle dogru orantilidir.
NEWTON’UN ÜÇÜNCÜ HAREKET KANUNU (ETKI-TEPKI PRENSIBI)
Günlük yasantimizda bir cisme bir kuvvet uygulanmasi söz konusu oldugunda, onun herhangi bir yolla itilmesi yada çekilmesi aklimiza gelir.
Sözgelimi asili bir miknatis çubugunu yaklastirdigimizda ayni adli kutuplar karsi karsiya geldiginde, asili miknatisin bizde uzaklasacak yönde gittigini; ters adli kutuplarin karsi karsiya gelmesi durumunda asili olan miknatisin bize dogru geldigini görürüz.
Her iki durum için elimizdeki miknatisin, asili olan miknatisa bir kuvvet uyguladigini ve bunun sonucu olarak asili miknatisin devinime basladigi söyleriz. Bunun yaninda, elimizde tuttugumuz miknatisin da, diger miknatisa yaklastirilirken çekilip ittigini hissederiz.
Dogadaki bütün gerçek kuvvetler çevreyle etkilesme sonucu çikarlar. Bir cisim diger bir cisme bir kuvvet etki ettirdiginde, diger cisim de bu cisme bir kuvvet etkiler. Buna ek olarak bu kuvvetlerin degerleri es kuvvetleri zittir. Bu durumda, yalitilmis tek bir kuvvetten söz edilemez. Iki cisim arasindaki etkilesime de bu kuvvetlerden birine "etki" digerine "tepki" kuvveti denir. Baska bir deyimle,kuvvetlerden birisi "etki" olarak alinirsa, digeri birinciye karsi "tepki" olarak alinir.
* Herhangi bir etkiye karsi her zaman bir tepki vardir; yada iki cismin karsilikli etkisi daima esit fakat zit özelliklidir.
* Iki cisim arasinda olusan etkilesmede F kuvveti, ikincinin birinciye etkidigi F kuvvetine esit fakat zit yönlüdür.
