4. Kuvvet ve Newton'ın Hareket Yasaları 💥

4.1. Kuvvet Kavramı

Kuvvet, cisimlerin hareket durumunu değiştirebilen, şeklini veya boyutunu değiştirebilen fiziksel etkidir. Vektörel bir büyüklüktür ve SI birimi Newton (N)dur. Kuvvetler temas gerektiren (itme, çekme, sürtünme) ve temas gerektirmeyen (kütle çekimi, elektromanyetik, nükleer) olarak sınıflandırılabilir.

4.1.1. Temel Kuvvetler

Evrendeki tüm etkileşimler dört temel kuvvet aracılığıyla gerçekleşir:

• Kütle Çekim Kuvveti (Yer Çekimi): Kütleleri olan cisimler arasında var olan çekim kuvvetidir. En zayıf ancak en uzun menzilli kuvvettir. Gezegenlerin yörüngeleri, yıldızların oluşumu gibi büyük ölçekli olaylardan sorumludur.
• Elektromanyetik Kuvvet: Yüklü parçacıklar arasında etki eden kuvvettir. Hem çekici hem de itici olabilir. Kimyasal bağlar, ışık, elektrik, manyetizma gibi olaylardan sorumludur. Kütle çekiminden çok daha güçlüdür.
• Şiddetli Nükleer Kuvvet (Güçlü Nükleer Kuvvet): Atom çekirdeğindeki proton ve nötronları bir arada tutan en güçlü kuvvettir. Çok kısa menzillidir.
• Zayıf Nükleer Kuvvet: Radyoaktif bozunma süreçlerinden sorumlu kuvvettir. Şiddetli nükleer ve elektromanyetik kuvvetlerden daha zayıftır, ancak kütle çekiminden daha güçlüdür.

4.2. Newton'ın Hareket Yasaları

Isaac Newton, cisimlerin hareketini ve kuvvetlerle ilişkisini açıklayan üç temel yasa geliştirmiştir. Bu yasalar, klasik mekaniğin temelini oluşturur.

4.2.1. Newton'ın Birinci Yasası (Eylemsizlik Yasası)

Bir cisme etki eden net kuvvet sıfır ise, cisim duruyorsa durmaya devam eder, hareket ediyorsa sabit hızlı doğrusal hareketine devam eder. Bu yasa, maddenin kütlesel bir özelliği olan eylemsizliği tanımlar.

4.2.2. Newton'ın İkinci Yasası (Temel Yasa / Dinamiğin Temel Prensibi)

Bir cisme etki eden net kuvvet sıfırdan farklı ise, cisim net kuvvet yönünde ivmeli hareket yapar. İvmenin büyüklüğü, net kuvvetin büyüklüğü ile doğru orantılı, cismin kütlesi ile ters orantılıdır.

Burada ΣF net kuvvet (vektörel toplam), m cismin kütlesi, a ise cismin ivmesidir.

4.2.3. Newton'ın Üçüncü Yasası (Etki-Tepki Yasası)

Her etki kuvvetine karşı, eşit büyüklükte ve zıt yönde bir tepki kuvveti vardır. Etki ve tepki kuvvetleri farklı cisimler üzerinde etki eder ve asla birbirlerini dengelemezler.

Örneğin, Dünya'nın Ay'a uyguladığı çekim kuvveti ile Ay'ın Dünya'ya uyguladığı çekim kuvveti etki-tepki çiftidir.

4.3. Sürtünme Kuvveti

Sürtünme kuvveti, yüzeylerin birbirine temas etmesiyle ortaya çıkan ve hareketi engellemeye çalışan veya harekete zıt yönde etki eden bir kuvvettir. Her zaman hareketin veya harekete geçme eğiliminin zıt yönündedir.

• Statik Sürtünme Kuvveti (f_s): Cisimler arasındaki bağıl hareketi başlamadan önce engellemeye çalışan kuvvettir. Maksimum statik sürtünme kuvveti, cismi harekete geçirmek için gerekli olan en küçük kuvvettir. f_s_max = μ_s * N (μ_s: statik sürtünme katsayısı, N: normal kuvvet).
• Kinetik Sürtünme Kuvveti (f_k): Cisimler arasında bağıl hareket varken ortaya çıkan kuvvettir. Genellikle statik sürtünme kuvvetinden daha küçüktür. f_k = μ_k * N (μ_k: kinetik sürtünme katsayısı).

Sürtünme kuvveti, yüzeyin pürüzlülüğüne ve yüzeylere dik etki eden normal kuvvete bağlıdır, temas alanına bağlı değildir.

4.4. Kütle ve Ağırlık

• Kütle: Maddenin miktarıdır ve cismin eylemsizliğinin bir ölçüsüdür. Skaler bir büyüklüktür, birimi kilogram (kg)dır ve yer çekimi ortamına göre değişmez.
• Ağırlık: Bir cisme etki eden yer çekimi kuvvetidir. Vektörel bir büyüklüktür, birimi Newton (N)dur. G = m * g formülüyle hesaplanır (G: ağırlık, m: kütle, g: yer çekimi ivmesi). Yer çekimi ivmesi konuma göre değiştiği için ağırlık da değişir.