Halat Çekme Yarışı
Okul şenliğinde halat çekme yarışı var. Soldaki takım halatı toplam 380 N'luk kuvvetle, sağdaki takım 450 N'luk kuvvetle çekiyor. Halat hangi yöne gider?
Kuvvetler zıt yönlü olduğu için büyükten küçüğü çıkarırız: $450 - 380 = 70$ N. Halat, 70 N'luk kuvvetle sağa doğru hareket eder. Bu 70 N'a bileşke kuvvet denir: cisme etki eden bütün kuvvetlerin yerini tek başına tutabilen kuvvet.
- Aynı yönlü kuvvetler toplanır: 6 N + 4 N = 10 N, yön aynı.
- Zıt yönlü kuvvetler çıkarılır; bileşke büyük kuvvetin yönündedir.
Şimdi soldaki takıma aynı yönde 70 N uygulayan bir oyuncu katılsın. Ne olur? Sol taraf $380 + 70 = 450$ N'a çıkar, bileşke sıfır olur ve halat durur. Kuvvetler dengelenmiştir.
Kuvvet Neyle Ölçülür?
Kuvvetin birimi newtondur (N). Ölçen alet dinamometredir: içinde bir yay vardır ve yay, uygulanan kuvvetle orantılı uzar. Asılan cismin kütlesi iki katına çıkarsa ağırlığı da iki katına çıkar, yay da iki kat uzar.
Dinamometre okurken ibreye tam karşıdan bakılır; aşağıdan ya da yukarıdan bakmak yanlış okumaya yol açar. Ölçülecek kuvvet, dinamometrenin ölçebileceği en büyük değeri aşmamalıdır; aşarsa yay bozulabilir.
Sürtünme: Hareketin Karşısındaki Kuvvet
Aynı tahta bloğu üç farklı yüzeyde dinamometreyle sabit süratle çektiğimizi düşünelim: buzda 3 N, parkede 7 N, halıda 12 N okunuyor. Blok sabit süratle gittiğine göre çekme kuvveti sürtünmeye eşittir. Demek ki sürtünme en çok halıda, en az buzdadır.
Sürtünme kuvveti:
- Harekete zıt yönde etki eder.
- Yüzey pürüzlendikçe artar.
- Cisim yüzeye daha çok bastırdıkça (daha ağır cisimde) artar.
Sürtünme her zaman kötü değildir: yürümemizi, arabanın fren yapmasını, kalemin kâğıtta iz bırakmasını sağlar. Kışın yollara kum dökülmesi sürtünmeyi artırmak içindir.
Dengelenmiş Kuvvet "Duruyor" Demek Değil
Bir bloğa sağa doğru 3 N, 3 N, 3 N; sola doğru 9 N kuvvet uygulanıyor. Sağa toplam $3 + 3 + 3 = 9$ N, sola 9 N. Bileşke sıfır. Blok sola doğru giderken bu kuvvetler uygulanmaya başlarsa ne olur?
Çoğu öğrenci "durur" der. Oysa blok sabit süratle sola gitmeye devam eder. Dengelenmiş kuvvetler hareketi değiştirmez: duranı durdurur, gideni aynı süratle götürür.
Dengelenmemiş kuvvetlerde ise bileşke sıfırdan farklıdır; cisim hızlanır, yavaşlar ya da yön değiştirir.
Sürat Hesabı ve Grafik
Sürat, birim zamanda alınan yoldur:
$\text{sürat} = \dfrac{\text{alınan yol}}{\text{geçen zaman}}$ (birim: m/s ya da km/h)
Örnek 1: Bir servis otobüsü 150 km'yi durmadan 2 saatte alıyor. Sürati $150 \div 2 = 75$ km/h.
Örnek 2: 5 m/s sabit süratle koşan bir atlet 400 m'lik parkuru kaç saniyede bitirir? Yol = sürat × zaman olduğundan zaman = $400 \div 5 = 80$ s.
Daha zor örnek: Bir kamyon 120 km'lik yolun ilk 60 km'sini 1 saatte, kalan 60 km'yi 2 saatte alıyor. İki bölümdeki süratler 60 km/h ve 30 km/h. Ortalama sürat bunların ortalaması olan 45 km/h mi? Hayır, tuzak burada. Ortalama sürat = toplam yol ÷ toplam zaman = $120 \div 3 = 40$ km/h. Kamyon yavaş bölümde daha uzun kaldığı için sonuç 45'in altında çıkar.
Grafik okuma: Sabit süratli harekette yol-zaman grafiği eğik bir doğrudur. Doğru ne kadar dikse sürat o kadar büyüktür. Grafiğin yatay kaldığı bölümde zaman geçer ama yol değişmez: araç o sırada durmaktadır.
Sık Yapılan Hatalar ve Sınav İpucu
Sık yapılan hata 1: "Kuvvet uygulanıyorsa cisim mutlaka hareket eder." Duvarı var gücünüzle itin; duvar kıpırdamaz, çünkü kuvvetler dengelenmiştir.
Sık yapılan hata 2: Zıt yönlü kuvvetleri toplamak. 8 N sağa ve 3 N sola etki ediyorsa bileşke 11 N değil, 5 N sağadır.
Sık yapılan hata 3: Birimleri karıştırmak. 25 saniyede 200 m giden bisikletlinin sürati 8 m/s'dir; bu 1 dakikada (60 s) $8 \times 60 = 480$ m eder. Saniye ile dakikayı aynı hesapta kullanırken önce çevirin.
Kendiniz deneyin: Aynı anda aynı yöne yola çıkan iki bisikletliden biri 11 m/s, diğeri 8 m/s sabit süratle gidiyor. 50 saniye sonra aralarında kaç metre olur?
Cevap: Her saniye aradaki fark $11 - 8 = 3$ m büyür; 50 s'de $3 \times 50 = 150$ m.
Sınav ipucu: Soruda "sabit süratle hareket ediyor" ifadesini görürseniz bileşke kuvvet sıfırdır; çekme kuvveti sürtünmeye eşittir.
Sık sorulanlar
Dengelenmiş kuvvet etkisindeki cisim durur mu?
Zorunlu değil. Duruyorsa durmaya, hareket ediyorsa aynı süratle ve aynı yönde gitmeye devam eder.
Kuvvet hangi aletle ölçülür?
Dinamometreyle. Birimi newton (N)'dur; içindeki yay uygulanan kuvvetle orantılı uzar.
Yol-zaman grafiğinde yatay çizgi ne anlatır?
Zaman geçtiği hâlde yolun değişmediğini, yani cismin o aralıkta durduğunu anlatır.