Tepki Kuvvetleri

tepki kuvvetleri

kaynağı değiştir]

Newton yasaları yıldır çeşitli deneyler ve gözlemler ile doğrulanmıştır ve gündelik yaşantımızdaki hızlar ve ölçekler için mükemmel birer yaklaşımdırlar. Newton'un hareket yasaları, yine onun bulduğu evrensel kütleçekim yasası ve kalkülüs'ün matematiksel yöntemleri ile birlikte, ilk kez geniş çaptaki fiziksel olaylar için niceliksel bir açıklama sağlamıştır.

Bu üç yasa, gündelik koşullarda makroskopik cisimlerin hareketi için iyi bir yaklaşıklık ile geçerlidirler. Buna rağmen, çok küçük ölçeklerde, çok yüksek hızlarda veya çok güçlü kütleçekimsel alanların varlığında geçerliliklerini yitirirler. Bu nedenle yasalar, bir yarı iletkendeki elektrik iletimi, maddelerin optik özellikleri, relavite hesaba katılmadan düzenlenen GPS sistemlerindeki hatalar ve süper iletkenlik gibi olayları açıklamakta kullanılamazlar. Bu tip olayların açıklanabilmesi, Genel Görelilik ve Relativistik Kuantum Mekaniği gibi daha karmaşık fiziksel teorileri gerektirir.

Kuantum mekaniğinde kuvvet, momentum veya konum gibi kavramlar, bir kuantum durumu üzerine işlem yapan, doğrusal operatörler ile tanımlanır. Işığın hızından çok düşük olan hızlarda, bu operatörler Newton yasalarına indirgenir. Işık hızına yaklaşık hızlarda, bir cisim için kuvvetin o cismin momentumunun zamana göre türevi olduğunu söyleyen ikinci yasa orijinal halini (F = d (p) / dt) korusa da, ikinci yasanın bazı yeni sürümleri (yukarıdaki sabit kütle yaklaşımı gibi) geçerliliklerini koruyamamaktadırlar.

Kaynakça[değiştir kaynağı değiştir]

İtme terimi ikinci yasa ile yakından ilişkilidir ve tarihsel olarak yasanın orijinal anlamına daha yakındır. İtme aşağıdaki gibi tanımlanmaktadır:

Bir itme, bir F kuvvetinin Δt zaman aralığı boyunca etkimesi sonucu oluşur ve $\int _{\Delta t}\mathbf {F} \,\mathrm {d} t$ ifadesi ile gösterilir.

Newton tarafından "İtme" kavramı hareket ettirici kuvvet olarak, "Momentum" kavramı ise hareket olarak ifade edilmiştir. Sonuç olarak ikinci yasanın tarihsel yaklaşım ile itme ve momentum değişimi arasındaki ilişkiyi böyle açıkladığı söylenebilir. Dolayısıyla ikinci yasa orijinaline uygun şekilde matematiksel olarak sonlu farklar şeklinde ifade edilebilir:

$\mathbf {I} =\Delta \mathbf {p} =m\Delta \mathbf {v}$

Burada I itme, Δp momentumdaki değişim, m kütle ve Δv hızdaki değişimdir.

Çarpışmaların analizinde itme kavramı kullanılmaktadır.

Değişken kütleli sistemler[değiştir kaynağı değiştir]

Yaktığı yakıtı püskürterek yol alan ve bir roket gibi değişken kütleli sistemler, kapalı sistem değildirler. Bu tip sistemleri incelerken ikinci yasadaki kütleyi doğrudan zamanın bir fonksiyonu olarak alamayız. Bunun nedeni, Kleppner ve Kolenkow'un An Introduction to Mechanics (Mekaniğe giriş) kitabında ve diğer modern metinlerde verildiği üzere, Newton'ın ikinci yasasının temel olarak noktasal parçacıklara uygulanabilmesidir. Klasik mekanikte parçacıklar, tanımları gereği sabit kütleye sahiptirler. İyi tanımlanmış parçacık sistemleri için Newton yasaları, sistemde bulunan tüm parçacıklar üzerinden toplam alınarak genişletilebilir:

$\mathbf {F} _{\mathrm {net} }=M\mathbf {a} _{\mathrm {km} }$

Burada F_net sistem üzerindeki toplam dış kuvvet, M sistemin toplam kütlesi ve a_km sistemin kütle merkezinin ivmelenmesidir.

Bir roket, su sızdıran bir kova veya ucu salınan şişirilmiş bir balon gibi değişken kütleli sistemleri parçacık sistemleri olarak ele alıp işlem yapmak genellikle çok zordur, bu nedenle bu tip sistemler için Newton'ın ikinci yasası doğrudan uygulanamaz. Bunun yerine m kütlesi zamanla artan veya azalan bir cismin genel hareket denklemi, ikinci yasanın, sisteme giren veya sistemden ayrılan kütle tarafından taşınan momentumu ifade eden bir terimin eklenerek yeniden düzenlenmesiyle elde edilir:

$\mathbf {F} +\mathbf {u} {\frac {\mathrm {d} m}{\mathrm {d} t}}=m{\mathrm {d} \mathbf {v} \over \mathrm {d} t}$

Burada u sistemden kaçan veya sisteme giren kütlenin, sistemin kütle merkezine göre hızıdır. Kimi standartlara göre, denklemin sağ tarafında "tepki" (İng. thrust) olarak adlandırılan u dm/dt ifadesi, kuvvet (değişen kütle nedeniyle cisim üzerine uygulanan kuvvet, roket egzozu gibi) olarak tanımlanır ve F niceliğine dahil edilir. İvmenin tanımının da yerine koyulması ile eşitlik,

$\mathbf {F} =m\mathbf {a} .$

halini alır.

Görelilik[değiştir kaynağı değiştir]

“

Lex III: Actioni contrariam semper et æqualem esse reactionem: sive corporum duorum actiones in se mutuo semper esse æquales et in partes contrarias dirigi.

„

“

Yasa III: Her kuvvete karşılık, her zaman eşit ve ters bir tepki kuvveti vardır: veya iki cismin birbirine uyguladığı kuvvetler her zaman eşit ve zıt yönelimlidirler.

„

Newton'ın üçüncü yasası. Patencilerin birbirine uyguladıkları kuvvetler eşit büyüklükte ve zıt yönlüdürler.

Daha doğrudan bir çeviri şu şekilde yapılabilir:

“

YASA III: Her etki için ona eşit ve zıt yönlü bir tepki vardır: veya iki cismin birbirine uyguladıkları karşılıklı etkiler eşit ve karşıt taraflara yönelimlidirler. — Karşı tarafı iten veya çeken her ne ise, aynı ölçüde karşı taraf tarafından itilir veya çekilir. Eğer parmağınızla bir taşı itiyorsanız, aynı zamanda parmağınız da taş tarafından itilecektir. Eğer bir at, ip ile bağlanmış bir taşı çekiyorsa, at da eşit olarak taş tarafından geriye doğru çekilecektir: gerilmiş haldeki ip gevşemek için, taşı ata çektiği ölçüde, atı da taşa doğru çekecektir ve birinin ilerlemesini engellediği kadar diğerinin ilerlemesini de engelleyecektir. Eğer bir cisim diğerine çarparsa ve uyguladığı kuvvet diğerinin hareketini değiştirse, kendi hareketi de (ortak baskının eşitliği nedeniyle) aynı miktarda ve karşıt yönde bir değişime uğrayacaktır. Eğer cisimler başka engeller tarafından engellenmiyorsa, bu etkiler tarafından oluşturulan değişimler eşittir, ancak bu eşit miktarda değişen bu nicelikler cisimlerin hızları değil, hareketleridir. Hareketler eşit miktarda değiştiğinden, cisimlerin ters taraflara doğru meydana gelen hız değişimleri birbirleri ile ters orantılıdır. Bu yasa sonraki notlarda ispatlanacağı üzere çekim etkilerinde de yer alır.

„

Alışılmış olduğu üzere Newton yukarıdaki çeviride momentumdan hareket olarak bahsetmiş, "hız" ile "hareket" arasındaki farka dikkat çekmiştir.

Newton'ın üçüncü yasası, tüm kuvvetlerin etkileşimler olduğunu söyler -yani tek yönlü kuvvet diye bir şey yoktur. Eğer bir A cismi, bir B cismi üzerine bir kuvvet uyguluyorsa B cismi de aynı anda A üzerine aynı büyüklükte bir kuvvet uygular; öyle ki uygulanan bu kuvvetler aynı doğru üzerinde yer alır. Şekilden görüleceği üzere, patenciler birbirlerine büyüklükleri aynı fakat yönleri ters olan kuvvetler uygular. Uygulanan kuvvetler eşit olmasına rağmen ivmelenmeler eşit değildir: Newton'ın ikinci yasasına göre daha zayıf olan patenci daha büyük bir ivme kazanacaktır. Burada dikkat edilmesi gereken konu etki/tepki çiftinin farklı nesneler üzerine etkidiği ve birbirini yok etmediğidir. Newton'ın üçüncü yasasındaki iki kuvvet aynı tiptedir, örneğin, eğer yol, ivmelenen bir araba lastiği üzerinde ileri yönlü bir sürtünme kuvveti uyguluyorsa (ki bu kuvvet, arabanın hareket etmesini sağlayan kuvvettir), bu sürtünme kuvveti Newton'ın üçüncü yasasına göre aynı zamanda lastikleri yol üzerinde geri iter.

Newton üçüncü yasayı, momentumun korunumu yasasını türetmek için kullanmıştır; buna rağmen daha derin bir bakış açısı ile momentumun korunumu, daha temel bir fikirdir (Galileo) dönüşümlerinden Noether teoremi aracılığıyla ispatlanır) ve Newton'ın üçüncü yasasının geçerli olmadığı durumlarda da geçerliliğini korur (örneğin parçacıkların momentum taşıdığı gibi kuvvet alanlarının da momentum taşıması durumunda veya kuantum mekaniğinde).

Tepki Kuvvetleri

Kaynakça[değiştir kaynağı değiştir]

Değişken kütleli sistemler[değiştir kaynağı değiştir]

Görelilik[değiştir kaynağı değiştir]

Önemi ve geçerlilik erimi[değiştir nest... 105737 105738 105739 105740 105741

Önemi ve geçerlilik erimi[değiştir
nest...
105737 105738 105739 105740 105741