5.1 Çembersel Hareket ve Eylemsizlik İvmeli (eylemli) bir gözlem (referans) çerçevesindeki gözlemci Newton’ un II. Yasasını nasıl açıklar? Farklı eylemsiz gözlem çerçevelerinde bulunan gözlemciler, bir cisme etkiyen net kuvveti aynı ölçerler, çünkü bu cismin farklı eylemsiz gözlem çerçevelerinden ölçülen ivmesi aynıdır. (bknz: Bölüm 4, Bağıl Hareket). Bir cisim, eylemsiz gözlem çerçevesinde bulunan bir gözlemciye göre a ivmesi ile hareket ediyorsa, bu eylemsiz gözlem çerçevesindeki gözlemci Newton’ un II. Yasasını ( F ma ifadesini) doğru olarak açıklar. Ancak, ivmeli (eylemli) bir gözlem (referans) çerçevesindeki gözlemci Newton’ un II. Yasasını uygulamak isterse hayali (yalancı, sanki) kuvvetlerle karşılaşır. Bu kuvvetler sadece ivmeli bir gözlem çerçevesi için kullanılır. İvmeli gözlem çerçevesinde bulunan gözlemci bu kuvveti hisseder. Örneğin; aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi, cadde kenarında durmakta olan bir kadın ve köşeyi dönmekte olan bisikletli çocuğu dikkate alalım. Şekil, Kaynak [1]’ den alınmıştır. Kadın trafik levhasına göre hareketsiz konumdadır. Kadın levhaya net bir kuvvet etkimediğini söyler. Köşeyi dönen bisikletli çocuğa göre (çocuğun bulunduğu koordinat sisteminde) levha hareketsiz değildir. Çocuk köşeyi dönerken levhanın doğrusal olmayan bir yol üzerinde hareket ettiğini görür. Trafik levhasının izlenen yörüngesindeki bu değişim bir ivmenin varlığını gösterir. Çocuk bu ivmenin (ya da ivmeye neden olan kuvvetin) kaynağını bilemez. Çocuğun bu kuvvetin kaynağını belirlemedeki yanılgısı ivmenin eylemli bir gözlem çerçevesinden gözlenmesidir. İkinci bir örnek olarak, bir arabanın sola doğru olan bir virajı aldığını düşünelim. Araba, virajda sola doğru keskin bir dönüş yaparken, yolcular sağa doğru kayarlar ve arabanın kapısına çarparlar. Kapının yolcuya uyguladığı kuvvet, yolcunun dışarıya fırlamasını engeller. Yolcunun bulunduğu ivmeli gözlem çerçevesinde, yolcu hayali bir kuvvetle (merkezkaç kuvvet olarak adlandırılan) sağa doğru itildiğini düşünür. Şekil, Kaynak [2]’ den alınmıştır. Çembersel yörüngede hareket eden bir cisme “merkezkaç kuvvet” denilen, merkezden dışa doğru bir kuvvet etkidiği gibi yanlış bir kanı vardır. “Merkezkaç kuvvet” kavramını kullanmaktan sakının! Esasında cisme etkiyen böyle bir kuvvet yoktur. Bu sadece ivmeli gözlem çerçevesinde hayali bir kuvvettir. A. Ozansoy, 2014 1 Burada gerçekleşen olay şöyledir: Araba viraja girmeden önce doğrusal bir yolda ilerlemektedir. Viraja girince eğrisel bir yörüngeye girer. Newton’ un I. Yasası olan eylemsizlik yasasına göre araba içindeki yolcular, doğrusal yörüngeye devam etme eğilimindedirler. Arabayı çembersel yörüngeye zorlayan merkezcil kuvvet, lastikler ile yol arasındaki sürtünme kuvvetidir. Eğer, yolcu ile oturduğu koltuk arasındaki sürtünme kuvveti yeterince büyükse, yolcu araba ile birlikte eğrisel yörüngede hareket eder; yani arabanın kazandığı merkezcil ivmeyi yolcular da kazanır. Eğer, yolcu ile koltuk arasındaki sürtünme kuvveti yeterince büyük değilse, yolcu sağa doğru kayıp kapı ile karşılaşır. Kapı da yolcuya Newton’ un III. Yasası gereği (etki-tepki yasası) bir tepki kuvveti uygular. Şekiller, Kaynak [2]’ den alınmıştır. Özetle, virajı alan yolcunun kaymasının sebebi “merkezkaç kuvvet” değil, yolcuya arabanın izlediği eğrisel yörüngeyi araba ile beraber alacak kadar yeterli sürtünme kuvvetinin etkimemesidir. Örnek 6.14 (Serway&Beichner, Örnek 6.10): m kütleli bir blok bir iple döner masanın merkezine bağlanmıştır. Eylemsiz gözlemci, merkezcil ivmenin ipteki T gerilmesinden kaynaklandığını söyler. Dönen masa üzerindeki eylemli (ivmeli) gözlemci ise m kütleli bloğu durgun görür. Bu gözlemciye göre ipteki merkeze yönelmiş gerilmeyi dengeleyen dışa doğru mv2/r büyüklüğünde hayali bir kuvvet görür. Kaynaklar: 1. Temel Fizik Cilt-I, P.M. Fishbane, S. Gasiorowicz ve S.T. Thornton, Bölüm-4, syf. 92-93. 2. Fen ve Mühendislik için Fizik Cilt-I, R.A. Serway ve R.J. Beichner, Bölüm-6, syf. 160-163. 3. http://biltek.tubitak.gov.tr/merak_ettikleriniz//index.php?kategori_id=4&soru_id=3427 A. Ozansoy, 2014 2
© Copyright 2024 Paperzz
