İçeriğe geçmek için "Enter"a basın

Kuvvet

Kuvvet, kütleli bir nesnenin hızını değiştirmesine (hızlanmasına) neden olan itme veya çekmedir. Kuvvet bir vektör olarak temsil edilir, bu da hem büyüklük hem de yöne sahip olduğu anlamına gelir.

İnanması zor olabilir, ancak Dünya‘daki her şey her an hareket halinde. Sabit görünen nesneler bile enerji sayesinde sürekli titreşen atomlarla dolu. Hareketin nasıl çalıştığını anlamak bilimdeki önemli dönüm noktalarından biri oldu ve bunu Isaac Newton‘a borçluyuz. 300 yıl önce yazdığı hareket yasaları o kadar iyi düzenlenmişti ki bugün bile biliminsanları pek çok alanda onlardan yararlanıyor. Newton’ın bu fikrine göre hareketin nedeni kuvvettir. Örneğin; topa vurursunuz (kuvvet) ve top havalanır (hareket).

Ancak kuvvet her zaman bir şeyleri hareket ettirmez. Örneğin, bir köprünün üzerinde pek çok kuvvet vardır ve yine de hareket etmez. Ayrıca kuvvetin ürettiği “hareket” bazen bir nesnenin gittiği yönü veya şeklini değiştirir. Peki, kuvvet nedir ve nasıl böyle değişik hareketler üretiyor? Hareket eden nesnelerin bilimine yakından bakma zamanı.

Kuvvetler

May the force be with you
May the force be with you

Yıldız Savaşları serisinin “Güç (ing. force yani kuvvet) seninle olsun.” ifadesi aslında birine söylemek için oldukça tuhaf bir ifadedir. Çünkü kuvvetin birini bıraktığı herhangi bir an yoktur. Dünya‘da ve ötesinde gerçekleşen her şeyin ardında kuvvet vardır. Kalbin atması, ciğerlerin şişmesi, gezegenlerin Güneş‘in etrafında dönmesi ve atomların bir arada durmasının nedeni kuvvettir.

Kuvvetler Nelerdir?

Bir topa vurduğunuzda yere düşmeden önce havalanır. Bu günlük yaşamda, kuvvetin bir örneğidir. Fakat kuvvet tam olarak nedir?

Nesneleri hareket ettiren, onların yönlerini veya şekillerini değiştiren etkiye kuvvet denir.

Topa vurduğunuz tekmeyle ona bir kuvvet uyguluyorsunuz ve hareket etmesini sağlıyorsunuz. Top havalandığında, bu sefer de farklı bir etki yani kütleçekim kuvveti devreye girerek topu yere çeker.

Biraz daha dikkat edersiniz, topa etki eden diğer kuvvetler de görülebilir. Ayağınız topa değdiğinde, top hafifçe içeri doğru küçülür. Çünkü plastik ya da deriden yapılmıştır. Burada da nesnenin şeklini değiştiren bir kuvvet vardır. Top esnek olduğundan hızla eski şekline döner ve ayağınızı iterek yükselir. Bu da bir kuvvettir.

Top yeniden yere değdiğinde, eski haline dönmeden önce yeniden sıkışır. Yerde birkaç kez zıplamasının nedeni budur. Zeminde ilerlerken çimleri ezerek veya katı yüzeyde yuvarlanarak nihayetinde durur. Burada da sürtünme kuvveti ismindeki bir başka kuvvet vardır. Topun enerjisini alarak durmasına neden olur. Yani baştan sona kadar topa itme, çekme, germe, sürtünme gibi kuvvetler etki eder.

Kaç Kuvvet Var?

Nesnelerin nasıl çalıştığına veya hareket ettiğine baktığımızda, etkili olan kuvveti bulmaya çalışırız. Havadaki top yere ulaştığında, bunun kütleçekim kuvveti olduğunu biliriz. Ancak sadece tek bir kuvvetin etki ettiği nesne bulmak zordur. Çoğu zaman birden fazla kuvvet bir arada çalışır. Birlikte çalışan farklı kuvvetlerin yaptıkları veya azalttıkları etki genel kuvveti oluşturur veya hiç kuvvet oluşturmaz.

Bazen tüm kuvvetler dengededir, yani birbirlerini sıfırlarlar. Bir asma köprüye baktığınızda, hiçbir yere gitmediğini ve şeklini de değiştirmediğini görürsünüz. Ancak bu, üzerinde hiçbir kuvvetin olmadığı anlamına gelmez. Hem üzerindeki taşıtlar hem de köprünün kendi ağırlığı onu aşağı çeker. Peki, köprü neden çökmez? Köprüye uygulanan kütleçekim kuvveti, köprüyü çeken asma halatların gerilimiyle sıfırlanır. Kuvvetler eşit olduğundan, köprü ayakta kalır.

Kuvvetlerin köprü üzerindeki etkileri
Kuvvetlerin köprü üzerindeki etkileri

Bunun haricinde, farklı kuvvetlerin birbirlerini sıfırlamadığı durumlar da vardır. Örneğin, bir teknedeyken güçlü bir rüzgarda az yol kat edebildiğinizi fark ettiniz ve motoru çalıştırdınız. Dalgalar teknenizi bir yöne itiyor (bu ilk kuvvet), rüzgar farklı bir yöne itiyor olabilir (bu ikinci kuvvet), motor da sayenizde farklı bir yöne itiyor (bu da üçüncü kuvvet). Ayrıca teknenin omurgası ve su arasında da başka bir kuvvet var. Tüm kuvvetlerin farklı yönlere hareket etmeye zorladığı bir savaş hali. Eğer tekne bir yönde hareket edebiliyorsa, kuvvetlerden biri kazanıyordur. Buna bileşke kuvvet denir. Çünkü bileşke kuvvet bir nesneye etki eden farklı kuvvetlerin toplamıdır. Diğer kuvvetler yokmuş da, sadece bileşke kuvvet varmış gibi görünür.

Kuvveti Arttırmak

Bedeninizi kullanarak fazlaca kuvvet üretebilirsiniz. Halterciler büyük ağırlıkları kafalarının üstüne kadar kaldırabilirken, bazı profesyoneller ağızlarıyla kamyonları bile çekebilirler. Ama en güçlü atletlerin bile sınırları vardır. Ancak insan zekası sayesinde bu sınırlar ortadan kaldırılabilir. Kaldıraç, makara, tekerlek gibi basit fikirler sayesinde vücudun üretebileceği kuvvet arttırılır. Örneğin, somun anahtarıyla paslı bir vidayı yerinden çıkarmaya çalıştığınızda kullandığınız alet uyguladığınız kuvveti arttırır. Somun anahtarı ne kadar uzun olursa, uygulanan kuvvet de o ölçüde artar.

Somun Anahtarı
Somun anahtarı

Vinçler, kepçeler, buldozerler ve biçerdöverler gibi dev gündelik makineler, karmaşık işleri yapmak için bir dizi basit makine kullanır. Çoğu, bir ucunda diğerinden daha kalın olan, su tabancalarına benzeyen, sıvı dolu silindirler olan hidrolik kollara sahiptir. Sıvı, daha küçük bir hacimden daha büyük olana (ince uçtan kalın olana) geçerken yavaşlar, ancak kuvvet kazanır. Ve bir kişinin eliyle çalıştırdığı hidrolik bir kol, bir kamyonu yerden kaldırmak gibi bir şey yapabilir.

Kuvvet ve Hareket

Bir kuvvet nesneye etki ettiğinde ya hızlanmasına ya da yön değiştirmesine yol açar. Bir nesne hareket ettiğinde, hareketin devamlılığını sağlamak için başka bir kuvvet gerekmez. Ancak bu durum, başka bir kuvvet nesneyi durdurana kadar geçerlidir. Bir roket yeryüzünden kalkarken, Dünya‘nın kütleçekim kuvvetini aşacak bir kuvvet gerekir. Ancak roket uzaya ulaştığında, başka bir kuvvet onu durdurana kadar hareket edebilir.

Bir şeyin hızlanmasını veya yavaşlamasını istediğinizde, kuvvete ihtiyaç duyarsınız. Aslında hareket eden bir nesneye her müdehaleniz kuvvettir. İngiliz biliminsanı Isaac Newton kuvvetin nesnelere nasıl etki ettiğini anlayan ilk insandır. Newton’un hareket yasaları denen ilkelerde hareketi açıklamıştır.

Dönme Kuvveti

Dönme kuvveti bir hareketin yönünü değiştirir. Eğer bir şeyin daire şeklinde dönmesini istiyorsanız, bir kuvvet uygulamalı ve hareket gerçekleşene kadar uygulamaya devam etmelisiniz. Daire şeklinde hareket eden nesne sürekli yön değiştirir, yani hep kuvvet uygulamak gerekir. Gülle atma sporunda atlet çelik tele bağlı ağırlığı kendi etrafında döndürür. Sporcu teli çektiği sürece bir kuvvet uyguluyordur ve buna merkezcil kuvvet denir. Bu kuvvet ağırlığın daire şeklinde dönmesiyle sonuçlanır. Atlet gülleyi bıraktığındaysa artık merkezcil kuvvet kalmaz. Yani daire içinde dönen gülleyi daire içinde tutacak bir şey kalmamıştır. Kütleçekim kuvveti onu yere yapıştırana kadar bir süre düz uçar.

Gülle Atma
Gülle atma

Dönen daire şeklinde hareketlerin tamamında merkezcil kuvvet vardır. Çamaşır makinesindeki çamaşırlar yıkanırken epeyce su toplar ve bu fazla suyun sıkma işlemi sırasında ayrılması gerekir. Sıkma işlemi sırasında makinenin iç mekanizması yüksek hızlarda dönerek çamaşırların dönmesine neden olan bir merkezcil kuvvet uygular. Yıkama tamburundaki delikler suyu tutacak bir merkezcil kuvvetin oluşmasını engeller ve su buralardan akıp giderek kıyafetlerin kurumasını sağlar.

Kasırgalar da dönme kuvvetinin başka bir örneğidir. Kasırganın içinde düşük basınç, dış tarafında yüksek basınç vardır. Yani merkeze uygulanan basınç merkezcil kuvvet uygulayarak havanın içeri doğru dönerek akmasını sağlar.

Yapışma Kuvveti

Kuvvet bir şeyleri harekete geçirir, ama aynı zamanda durmasını da sağlayabilir. Halının üzerindeki oyuncak arabayı ittiğinizde bir süre sonra durur. Çünkü sürtünme kuvveti arabanın enerjisini çalmıştır. Sürtünme, temas halindeki iki nesne arasındaki kuvvettir.

Belki de en ilginci sürtünme kuvvetinin nesneleri aynı zamanda hem hareket ettirmesi hem de durdurmasıdır. Bir araba bir köşeyi dönerken, sürtünme sayesinde lastikler yerinde kalır ve arabanın dışarı doğru savrulması önlenir. Tekerlek yeri kavrarken, tekerlek çarkı hareket eder ve arabayı ileri götürür. Ama aynı zamanda tekerlek çarkları ve dingil arasındaki bağ da bu ileri hareketinin enerjisinin bir kısmını sürtünme yoluyla aldığından, araç yavaşlar.

Yani, sürtünme hem iyi hem de kötü olabilir. Bir yokuşa arabanızı park ettiğinizde, ertesi sabah onu orada bulabilmenizin nedeni sürtünmedir. Aynı sürtünme, arabanıza sürekli benzin koymanızın da nedenidir. Arabanızı sürdüğünüz ortamdaki hava, sürtünme nedeniyle bir yığın enerji kaybetmenize neden olur.

Makinelerde ve motorlarda ise sürtünme genellikle istenmeyen bir şeydir. İki nesnenin sürekli olarak sürtünmesi zamanla paslanmaz çelik gibi materyalleri bile aşındırır. Bunu önleyebilmek için mühendisler çoğunlukla parçaları yağlarlar. Hareket eden parçaların arasına sıvı koyarak sürtünmeyi ve dolayısıyla aşınmayı azaltırlar.

Şekil Değiştirten Kuvvet

Bir içecek kutusunun alüminyum halkasını çekmeyi denediniz ve bir anda elinizde kaldığını gördünüz mü? Uyguladığımız kuvvetle aynı zamanda hem halkayı hareket ettirmeye hem de yönünü değiştirmeye çalışıyoruz. Ancak bazen beklentimizin aksine, halka yerinden çıkabilir. Bu, nesnelerin kuvvet yoluyla nasıl şekil değiştirdiğine örnektir.

Bir nesnenin şeklini değiştirmeye çalıştığınızda (ki buna kırmak ve ezmek de dahil), işe kuvvet karıştırıyorsunuz. İster geri dönüşüm için teneke içecek kutusunu ezin, ister bir kağıdı parçalayın yapılan iş nesnenin şeklini değiştirmektir.

Kuvvetin nasıl bir etki bırakacağı kullanılan materyalle ilişkilidir. Kauçuk gibi esnek maddeler kuvvet uyguladığınız da uzayabilir veya esneyebilir. Kuvvet uygulamayı bıraktığınızda da eski şekillerine dönerler. Bu tarz materyallere elastik denir.

Bir kısım materyal de kolay şekil değiştirir, ancak kuvvet uygulamayı bıraktığınızda eski şekillerine dönmezler. Bunlara da her zaman plastikten üretilmemiş olsalar da plastik denir. Altın gibi materyaller bile bu tanıma uygun olarak şekil değiştirdiklerinde plastik olarak düşünülürler.

Kuvvet ve Hareket İlişkisi

Kuvvet ve hareket arasında bir neden-sonuç ilişkisi olduğundan bahsedilebilir. Kuvvet, uygulanan basıncın miktarıyken, hareket var olan potansiyel enerjinin veya kuvvetin sonucunda orta çıkan belli bir eylemdir.

Newton’un Hareket Yasaları‘ndan ilkine göre “Hareketsiz bir nesne, dengelenmemiş bir güç tarafından harekete geçirilmedikçe hareketsiz kalır.” Yani kuvvet yoksa, hareket de yoktur veya nesne bırakıldığı şekliyle kalır.

Kuvvet ile → Hareket oluşur.
Kuvvet olmadan → Hareket olmaz.

Kaynak 1
Kaynak 2


İleri Okuma