4 Önemli Kuvvet Türleri (diyagramla açıklanmıştır)

En önemli kuvvet türlerinden bazıları şunlardır: 1. Sürtünme kuvveti 2. Manyetik kuvvet 3. Elektrostatik kuvvet 4. Yerçekimi kuvveti.

Şimdiye kadar kendi kaslarımızın icrasıyla uygulayacağımız güç türünü tartıştık. Gevşek konuşursak, bu kas kuvveti diyebiliriz. Bu tür bir kuvvet yalnızca bir vücutla temas ettiğinde hareket edebilir. Örneğin ellerinizle temasta olmadığı sürece bir masayı yere itemezsiniz.

Bu kuvvete bu tip bir temas kuvveti denmesinin nedeni budur. Uzaktan bir bedeni etkileyebilecek bazı kuvvetler var. Bu kuvvetlere temassız kuvvet denir. Bu güçleri tartışmadan önce, sürtünme kuvveti denilen çok önemli bir temas kuvvetini inceleyelim.

1. Sürtünme kuvveti:

Bir bedenin hareketini durdurmak için bir kuvvetin gerekli olduğunu öğrendiniz. Öyleyse neden bir salıncak onu bir kez verdikten sonra sonsuza kadar hareket etmeye devam etmiyor? Ve neden bir top tekmelendikten sonra hiç durmadan yuvarlanmaz ki, durdurmak için herhangi bir güç uygulanmamışsa bile?

Bunun nedeni, bir bedenin (yüzeyinin) diğerinin üzerine geçtiği zaman, sürtünme kuvvetinin hareketin tersi yönde hareket etmesidir. Sürtünme kuvveti, bir yüzeyin diğerinin üstündeki hareketini durdurmaya çalışırken, her zaman harekete karşı çıkar. Bununla birlikte, sürtünme kuvvetinin ne kadar büyük olduğu, temastaki iki yüzeyin doğasına bağlıdır.

Aşağıdaki aktiviteyi yaptıktan sonra bu daha netleşecektir.

Bir karton veya kontrplak şeridinin bir ucunu tahta veya tuğla üzerine yerleştirin. Diğer ucu, Şekil 8.5'te gösterildiği gibi zemine yerleştirin. Tepeye yakın küçük bir lastik top yerleştirin ve yere düşmesine izin verin. Topun zeminde kat ettiği mesafeyi not edin.

Bu faaliyeti farklı zemin türlerinde deneyin (örneğin, fayans zemin ve halı zemin). Topun her seferinde kat ettiği mesafeyi not edin. Kartonu her seferinde aynı açıda eğimli tutmaya çalışın. Topun daha yumuşak bir zeminde daha uzağa gittiğini göreceksiniz.

Hiçbir yüzey mükemmel pürüzsüz değildir. En pürüzsüz yüzeylerde bile küçük çentikler ve delikler vardır. İki yüzey üst üste geçtiğinde, her iki üstündeki çıkıntılar ve delikler birbirlerinin önüne geçerler. Sürtünmeye neden olan budur. Açıkçası, yüzey ne kadar pürüzsüzse, sürtünme kuvveti o kadar az olur. Bir topun karo zemin üzerinde halı zemin üzerinde olduğundan daha büyük bir mesafe kat etmesinin nedeni budur.

Statik ve Kinetik Sürtünme :

Sürtünme kuvveti sadece temas halindeki yüzeylerin yapısına bağlı değildir. Aynı zamanda bir şeyin bir yüzey üzerinde hareket etmesine veya sabit olmasına da bağlıdır.

Aktivite:

Bir tablonun yüzeyine ağır bir sözlük itmeye çalışın. Önce bir veya iki parmağınızı kullanarak hafifçe bastırın. Sürtünme direncini hissedeceksiniz. Sözlük hareket etmeye başlayana kadar uyguladığınız gücü arttırmaya devam edin. Kitap hareket etmeye başladığında sürtünme veya sürtünme kuvveti tarafından sunulan direnç azalır mı?

Bir cismi hareket ettirmek için bir kuvvet uygulandığında, sürtünme kuvveti harekete direnç gösterir. Kuvvet arttıkça, sürtünme kuvveti de artar, uygulanan kuvvet sürtünme kuvvetinden daha büyük hale gelinceye kadar. Uygulanan kuvvet, sürtünme kuvvetinden daha büyük hale geldikçe, vücut hareket etmeye başlar.

Ve vücut hareket etmeye başladığında, sürtünme kuvveti azalır. Sürtünme kuvvetinin kuvveti sınırlı gibi ve uygulanan kuvvet bu sınırı geçmediği sürece, sürtünme kuvveti kaslarını esnetiyor ve kabadayı gibi davranıyor. Uygulanan kuvvet bu sınırı geçmeyi başardığında, sürtünme kuvveti kalbi kaybeder ve zayıflar.

Bu bağlamda iki şeyi unutmayın.

1. Uygulanan kuvvet sürtünme kuvvetinden daha büyük olduğunda bir vücut hareket etmeye başlar.

2. Bir vücut hareketsizken hareket eden statik sürtünme, vücut hareket ederken hareket eden kinetik sürtünmeden daha büyüktür.

Sürtünme Yararlı Olduğunda :

Hayat sürtünme olmadan oldukça imkansız olurdu. Mesela yürüyemezsin. Yerle rahatça yürüyebilmenizi sağlayan ayak ve ayakkabı tabanları arasındaki sürtünmedir. Sürtünme olmadan, yeni cilalanmış bir zeminde, muz derisinde ya da biri yere su döktüğünde yaptığınız gibi kaymazsınız.

Benzer şekilde, lastiklerle yol arasındaki sürtünme olmadan, araçlar bazen ıslak yollarda olduğu gibi kayabilir (su ve buz sürtünmeyi azaltır). Bir aracın frenleri de sürtünme ile çalışır. Sürücü fren pedalına bastığında, fren pabuçları tekerleklerin arkasındaki pürüzlü bir yüzeye sürtünür. Bu, tekerlekleri yavaşlatan sürtünme üretir.

Kurşun kalemle yazdığınızda, kalemin ucu ile kâğıt arasındaki sürtünme ucundan çok az miktarda karbon parçacığını çıkarır ve kağıda bir iz bırakır. Sürtünme olmadan yazmak imkansız olurdu - camın üzerine kalemle yazmaya çalışın. Bir kibrit yakmak için sürtünme gerekir. Pürüzsüz bir yüzeyde bir kibrit atarsanız, yanmaz.

Sürtünme Sorunlara Neden Olduğunda :

Sürtünme, yüzeylerin aşınmasına neden olur. Ayakkabılarınızın tabanı sürtünme nedeniyle aşınır. Öyleyse birbirlerine sürtünen çeşitli makine parçaları yapın. Sürtünmenin, önce kağıda, sonra zımpara kağıdına bir silgiyi sürterek nasıl yıpranmaya başladığını kendiniz görebilirsiniz. Zımpara kağıdı, silgiyi daha hızlı yıpratır çünkü daha pürüzlüdür.

Sürtünme de enerji harcar. Örneğin bir bisiklete binerken, bisikletin hareketli parçaları arasındaki sürtünme ve hava sürtünmesinin üstesinden gelmek için enerji kullanırsınız.

Havaya doğru ilerledikçe, hava direnci olarak adlandırılan sürtünme kuvveti hareketinize karşı çıkıyor. Ne kadar hızlı hareket ederseniz, direnç o kadar fazladır, tüm enerjinizin bu direnci aşmak için kullanıldığı bir noktaya kadar. Bu noktanın ötesinde hızlanamazsınız.

Sürtünmenin bir diğer dezavantajı, ısı üretmesidir. Avuç içilarınızı birbirine sürtünce sürtünme sonucu oluşan ısıyı hissedebilirsiniz. Bir kibrit çarptığında, sürtünme tarafından üretilen ısı kibriti ateşlemeye yardımcı olur. Sürtünme sonucu ortaya çıkan ısı makinelere zarar verebilir, bu nedenle sıcaklığı düşürmek için soğutucular kullanılır.

Sürtünmeyi azaltmak:

Sürtünme enerji boşa harcadığından, makine parçalarını yıpratıp ısınmaya neden olduğundan, mühendisler her zaman sürtünmeyi azaltmaya çalışır. Sürtünmeyi azaltmanın bir yolu, temas eden yüzeylerin cilalayarak pürüzsüz hale getirilmesidir. Başka bir yol ise yağlamadır.

Bir makinede birbirlerine karşı hareket eden yüzeylerdeki çukurları doldurarak yağ sürtünmeyi azaltır (bu yüzden insanların yağ çevrimleri ve dikiş makineleri). Aynı zamanda, aralarında bir film oluşturarak yüzeyler arasında doğrudan teması önler.

Sürtünmeyi azaltmanın bir başka yolu da bilyeli rulmanlar veya bilyeli rulmanlar kullanmaktır. Rulmanlar birçok şekil ve boyutta gelir ve özellikle bir çubuk bir bisiklet tekerleğinde olduğu gibi bir delik içinde döndüğünde sürtünmeyi azaltmak için kullanılır. Tekerlek göbeği ile bir bisiklet aksı arasında kullanılanlar küçük çelik bilyalardır. Aşağıdaki aktivite, rulmanların sürtünmeyi azaltmaya nasıl yardımcı olduğunu anlamanıza yardımcı olacaktır.

Aktivite:

Ağır bir karton veya valizi yere itmeye çalışın. Ardından bir yetişkinin kartonun altına birkaç çubuk (örneğin perde çubukları) yerleştirip tekrar bastırmanıza yardımcı olmasını isteyin. Kalemleri veya mumları ağır bir kitabın altına yerleştirip masanın yüzeyinin üzerine getirmeyi deneyebilirsiniz. Kartonu veya kitabı, altında 'merdaneler' varken taşımak daha kolay olacaktır.

Bunun nedeni, yuvarlanma sürtünmesinin kayan sürtünmeden daha az olmasıdır. Başka bir deyişle, bir yüzey diğerinin üzerine geldiğinden bir yüzey diğerinin üzerinde kaydığında sürtünme kuvveti daha büyüktür.

Bu nedenle, serbest hareket eden bilyalı rulmanların, makinelerin hareketli parçaları arasına yerleştirilmelerinin nedeni budur. Bu aynı zamanda valizlerin ve televizyon arabalarının altında tekerleklerin bulunmasının da nedeni budur. Aslında, tekerleğin icadı, yuvarlanma sürtünmesinin kayan sürtünmeden daha az olduğu keşfinin bir sonucudur. İnsanlar, günlükleri kızakların altına yerleştirmenin kızakları itmeyi kolaylaştırdığını farketmiş olmalılar. Daha sonra kütüklerden kaba tekerlekler yapmış ve arabalarına sabitlemiş olmalılar.

Etkin Hale Getirilmesi:

Hava ve su da harekete direnç gösterir. Doğanın el ilanları (kuşlar) ve yüzücüler (balık) bu direnci azaltmak için tasarlanmıştır. Düzenlenmiş bedenler denilen şeye sahiptirler. Düzenlenmiş bir gövdenin yumuşak hatları vardır.

Bu tür bir vücut su veya havadan geçerken, suyun veya havanın doğal akışını mümkün olduğu kadar az rahatsız eder. Bu, hava veya su tarafından sağlanan direnci hareketine karşı azaltır. Arabalar, aero uçaklar ve gemiler modern gövdelere sahip olacak şekilde tasarlanmıştır.

Artan sürtünme:

Bazı durumlarda, sürtünmeyi artırmak bizim için avantajlıdır. Örneğin ayakkabılarımızın tabanı ve araç lastikleri, sürtünmeyi artıran oluklara sahiptir. Pürüzsüz olsalardı, kayma veya kayma riski vardır.

Sporcuların ve dağcıların giydiği ayakkabılar, kavrama durumunu geliştirmek için altına dikenler var. Bir bisikletin pedalları, bir arabanın direksiyon simidi, bir bıçağın sapı, sürtünmeyi artırmak için yüzeylerin kaba yapıldığı birçok örnek düşünebilirsiniz.

2. Manyetik kuvvet:

Demirden yapılmış şeyler bir mıknatıs tarafından etkilenir. Bir mıknatısın böyle şeyleri çektiği kuvvete manyetik kuvvet, fenomen ise mıknatıslık olarak adlandırılır. Bir mıknatısın onu çekmek için demirden yapılmış bir şeyle temas halinde olması gerekmediğini fark etmiş olmalısınız. Kas kuvveti ve sürtünme kuvveti aksine, manyetik kuvvet uzaktan hareket edebilir.

3. Elektrostatik kuvvet:

Bir tarağı saçınıza (kuru olması şartıyla) birkaç kez uygularsanız ve tarağı küçük kağıt parçalarının üzerinde tutarsanız, taraklara çekilir. Kağıt parçaları üzerinde etkiyen kuvvete elektrostatik kuvvet denir. Bu, uzaktan hareket edebilen başka bir güç türüdür. Başka bir bölümde bunun hakkında daha fazla bilgi edineceksiniz.

4. Yerçekimi kuvveti:

Dünyadaki veya yakınındaki her şeyin yerçekimi kuvveti tarafından kendisine çekildiğini biliyorsunuz. Yukarı doğru tekmelendiğinde topun aşağı inmesine neden olan budur. Yerçekimi kuvveti olmasaydı, top hemen uçacaktı. Ay da kendi yerçekimi kuvveti ile yakındaki şeyleri çeker. Ve diğer tüm gezegenleri, güneşi ve tüm yıldızları yapın. Aslında, bu evrendeki herhangi iki vücut birbirini yerçekimi kuvveti denilen bir kuvvetle çeker.

Bu yasaya, onu keşfeden İngiliz fizikçi ve matematikçi Sir Isaac Newton'un onuruna Newton'un çekim yasası denir. Neden okul otobüsünüzü hissetmediğinizi veya sınıf arkadaşlarınızın sizi yerçekimi kuvveti ile çekdiğini merak ediyor olabilirsiniz.

Sorun, çekim kuvveti ile ilgili iki cismin kütlesine bağlı olmasıdır. Ve cesetlerden biri çok büyük olmadıkça hissedilmez. Bu aynı zamanda dünyanın yerçekimi kuvvetinin neden aydan daha büyük olduğunu da açıklar. Çünkü dünya kütlesi ayınkinden çok daha büyük.

Yerçekimi alanı:

Bir topu bir yükseklikten düşürdüğümüzde, top toprağa temas etmemesine rağmen, dünyanın çekim kuvveti tarafından aşağı çekilir. Bu, dünyanın çekim kuvvetinin, manyetik ve elektrostatik kuvvetler gibi, belli bir mesafeden hareket edebileceği anlamına gelir. Şimdi, dünya topa doğrudan kuvvet uygular mı?

Yoksa dünya, bu kuvveti dolaylı olarak topla temasta olan bir şey aracılığıyla mı kullanıyor? Bilim insanları ikinci seçeneği tercih ediyor çünkü birçok doğal olayı tarif etmelerini sağlıyor. Bir cismin kütlesinin (dünya gibi) cismin çevresinde bir çekim alanı oluşturduğunu söylerler. Bu, yakın ve uzaktaki tüm nesnelere çekim kuvveti uygulayan alandır.

Ağırlık:

Daha önceki sınıfınızda bir bedenin ağırlığının kütlesine bağlı olduğunu zaten öğrendiniz. Bir bedenin ağırlığı aslında dünyanın onu çektiği kuvvettir. Eğer dünya bizi çekmediyse, hâlâ sahip olduğumuz kütleye sahip olmamıza rağmen ağırlıksız oluruz.

Yay dengesi, vücudun ağırlığını ölçmek için kullanabileceğiniz bir cihazdır. Aşağıdaki aktivite size nasıl olduğunu gösterecektir. Bir vücudun ağırlığını ölçmek için bir ışın dengesi kullanamazsınız, çünkü yalnızca vücut ağırlığını standart ağırlıktaki bilinen bir kütle ile karşılaştırır.

Aktivite:

Bir çividen bir yayı asın ve uzunluğunu not edin. Eğer bir yay bulamazsanız, geniş bir elastik bant yapacaktır. Yay diğer ucundan küçük bir taş asın ve uzunluktaki artışa dikkat edin. Daha büyük bir taş asın ve tekrar yayın uzunluğundaki değişikliği not edin. Bu aktiviteyi çeşitli büyüklükteki taşlarla deneyebilirsiniz.

Taş ne kadar büyük olursa bahar o kadar genişler. Bunun nedeni daha büyük bir taşın daha büyük bir kütleye sahip olmasıdır, bu nedenle yerçekimi daha büyük bir kuvvetle çekilir (yerçekimi kuvveti kütleye bağlıdır, hatırlayın). Bir bahar dengesinin çalıştığı ilke budur. Bir vücudun ağırlığını ölçmek için işaretler vardır, vücut kancaya asıldığında içerideki yayın ne kadar uzadığını gösterir.

Ay'da 1 kg'lık bir kütlenin ağırlığını ölçebilseydiniz, bahar bakiyeniz dünyadaki gösteriminin altıda birini gösterirdi. Ve Jüpiter’de, okuma dünyadakilerin iki katı olacaktı. Birçok bahar bakiyesi kilogram cinsinden okumaları göstermektedir. Bir yay dengesi bir vücudun ağırlığını veya buna etki eden yerçekimi kuvvetini ölçtüğünden, okumalar kilogram ağırlık (kg-ağırlık) veya kilogram kuvvet (kgf) olmalıdır.

Kuvvet birimi:

100 g'lık bir kütleye etki eden yerçekimi kuvveti ile Newton olarak adlandırılan SI kuvvet birimi arasında çok yakın bir ilişki vardır (sembol: N). 100 g'lık bir kütlenin ağırlığı veya buna etki eden yerçekimi kuvveti 0.98 N'dir. Bu nedenle, 1 kg'lık bir kütlenin ağırlığı = 9.8 N'dir.