Newton hareket yasaları: Harekete neden olan etkiler insanları uzun süre ilgilendirmiş ve bu konuda Galileo ve Newtona dek pek başarılı sonuçlar elde edilmemişti. Galileo'dan önce bilim adamları, bir cismi devindirebilmek için kesinlikle bir etkinin, yani bir kuvvetin gerektiğini ileri sürmemişler ve olağan halde bir cismin durması gerektiğine inanmamışlardı. Gerçekten bir düzlem üzerinde bir cisim kaydırılmak istenirse, cismin kısa bir süre gittikten sonra yavaşlayıp durduğu gözlenir. Bu gözlem dış bir kuvvet olamadığı sürece kaymanın olmadığı düşüncesini destekler. Galileo yaptığı deneylerde bu inancın gerçek olmadığını gösterdi. Eğer cisim ve onun üzerinde durduğu düzlen pürüzsüz hale getirilirse ve cisim yağlanırsa, cismin hızının daha yavaş azaldığı ve cismin daha ileride durduğu gözlenir. Buna göre, cismin kayması yavaşlatıcı, yani bütün sürtünmeler, ortadan kaldırılırsa, cismin değişmez bir hızla yoluna bir doğru boyunca sonsuza değin devam sonucu çıkar. Galileo'nun vardığı sonuç bu idi. Ona göre, bu cismin hızını değiştirmek için bir dış kuvvet gerekir; ama belli bir hızda giden cismin hızını koruyabilmesi için bir kuvvete gerek yoktur. Mesela bir sandığı bir düzlemde ittiğimiz durum için, ellimizin verdiği itme sandığa bir hız kazandırır, fakat düzlem sandığa bir kuvvet uygulayarak onu yavaşlatır ve durdurur. Her iki kuvvette hızda bir değişim, yani bir ivme oluşturur. İşte Galileo'nun bulduğu bu gerçeği, Galileo'nun öldüğü gün doğan Isaac Newton bir evrensel yasa olarak 1686'da yazdığı Principia Mathematica Philosophia Naturalis adlı kitabında ortaya koydu. Konu başlıkları 1 Newton'un birinci yasası 2 Newton'un ikinci yasası 3 Newton'un üçüncü yasası 4 Kaynakça Newton'un birinci yasası Herhangi bir cisim üzerine bir kuvvet etki etmiyorsa, ya da etki eden kuvvetlerin bileşkesi sıfırsa, cisim durumunu değiştirmez; yani duruyorsa durur, deviniyorsa yani hareket ediyorsa, devinimini bir doğru boyunca devam ettirir. a) Duran bir cisme bir kuvvet etki etmedikçe cisim yine hareketsiz kalır. Bir cisme etki eden kuvvetlerin bileşkesi sıfır (R=0) ise, cisim o anki durumunu korur. Bir cisim için net kuvvet 0 ise ivme a = 0 olur. b) Hareketli bir cisme bir kuvvet etki etmezse, cismin hızı ve yönü değişmez. Cisim hareket ediyorsa düzgün doğrusal yani sabit hızlı olarak hareketine devam eder. Dışarıdan uygulanan bir kuvvetin etkisinde olmayan bir cismin durgun halde kalır yani hareketsiz olur ya da sabit bir hızla hareket eder. Hızın sabit olması doğal olarak ivmenin sıfır olmasını gerektirir. Newton'un bu birinci yasası gözlem çerçevelerini de tanımlar. Çünkü genel olarak bir cismin ivmesi, yani hızındaki değişim belli bir gözlem çerçevesine göre ölçülür. Birinci yasaya göre cismin çevresinde başka bir cisim yoksa, yani bir cisme belli bir kuvvet etki etmiyorsa, öyle gözlem çevreleri bulabiliriz ki, cismin bu çerçevelerde ivmesi olmasın. Cisimlerin üzerine etki eden kuvvetlerin olmaması durumunda cisimlerin durumlarını koruması maddenin bir özelliği olarak alınır ve buna eylemsizlik denir. Newton'un birinci yasasına da çoğu kez eylemsizlik yasası denir ve bunun geçerli olduğu gözlem çerçevelerine eylemsizlik gözlem çerçeveleri denir. Bu çerçeveler durağan yıldızlara göre duran ya da düzgün değişmez bir hızla giden gözlem çerçeveleridir. Newton'un birinci yasasında görüldüğü gibi, bir cismin durması veya değişmez bir hızla gitmesi arasında fark yoktur. Buna göre, bir eylemsiz çerçevede durduğu gözlenen bir cisim, başka bir çerçeveden bakılınca değişmez bir hızla gider görünür. Her iki çerçeveye göre de cismin bir hızı yoktur. Her iki çerçeveye göre de hız değişmez. Buna göre her iki çerçevedeki gözleyici de cismin üzerine bir kuvvet etkidiği ya da, etki eden kuvvetlerin bileşkesinin sıfır olduğu bulunur. Eğer cisme bir kuvvet etki ediyorsa, ya da etki eden kuvvetlerin bileşkesi sıfırdan farklıysa, cisim kuvvet yönünde ya da bileşke kuvvet yönünde sabit bir ivmeyle hareket edecektir. Sözkonusu kuvvetle, bu kuvvetin kazandırdığı ivmenin oranı sabittir ve bu orana Eylemsizlik Kütlesi denir. Formül olarak, Eylemsizlik Kütlesi = Kuvvet / İvme olacaktır. MATHEMATİC TEACER Newton'un ikinci yasası Birinci yasadan biliyoruz ki, kuvvet olmadığında cismin hızında bir değişim, yani ivme söz konusu değildir. O halde kuvvet olduğunda, bir ivme yani bir hız değişimi olmalıdır. Kuvvet ile ivme arasındaki bağlantıyı bulabilmek için, önce aynı bir cisme değişik şiddet ve doğrultuda kuvvet uygulanıp F ve a ölçülürse, sonrada farklı cisimlerle aynı ölçmeler yapılırsa şu sonuçlar elde edilir: 1) Bütün durumlarda ivmenin doğrultusu ile kuvvetin doğrultusu aynıdır. Bu sonuç, cisim başlangıçta durgunda olsa, herhangi bir hızla belli doğrultuda gitse de doğrudur. 2) Belli bir cisim için kuvvetin şiddetinin, ivmenin değerine oranı değişmez kalmaktadır. F/a=sabit F = m a eşitliğinde görüldüğü gibi kütle, uygulanan kuvvete karşı cismin kazanacağı ivmeye karşı koyan bir nicelik olarak ortaya çıkmaktadır. Yani, aynı bir kuvvetle kütlesi küçük olan bir cisim daha büyük bir ivme, kütlesi büyük olan bir cisim ise daha küçük bir ivme kazanır. Sözgelimi duran ya da hiç değişmeyen bir hızla giden otomobilin ( 1500 kg) hızında, saniyede 5 m/s lik bir hız değişimi sağlayabilmek için 7500 N luk bir kuvvet gerekirken, aynı hız değişimini bir kamyonda ( 2000 kg) sağlayabilmek için 10000 N luk bir kuvvet gerekir. Bu yönüyle kütle, devinime karşı koyan bir niceliktir; başka bir deyimle, ötelenme devinimindeki değişime karşı koyar. Bu açıdan kütleye, öteleme eylemsizliği de denir. Newton'un ikinci yasası olarak bilinen F = m. a eşitliği vektörel bir eşitliktir. Bir cisme aynı anda çeşitli doğrultularda, çeşitli büyüklüklerde birçok kuvvet etki ettiğinden, cisim bunların bileşkesi yönünde bir ivme kazanır. Devinim tek boyutta ise bu durumda kuvvetler de tek doğrultuda olacağından, kuvvetlerin büyüklüklerinin cebirsel toplamının kütleye oranı, ivmenin değerini verir. Devinim iki boyutta ise bu durumda kuvvetlerin x, y bileşenleri bulunur, bunların cebirsel toplamının kütleye bölümü o yöndeki ivme bileşeninin büyüklüğünü verir. İvme uygulanan kuvvetle doğru orantılıdır ve kuvvet yönündedir. Cismin momentumunda zamana göre değişiminin oranı, cisme etkiyen kuvvetle doğru orantılıdır. Newton'un üçüncü yasası Günlük yaşantımızda bir cisme bir kuvvet uygulanması söz konusu olduğunda, onun herhangi bir yolla itilmesi ya da çekilmesi aklımıza gelir. Sözgelimi asılı bir mıknatıs çubuğunu yaklaştırdığımızda aynı cins kutuplar karşı karşıya geldiğinde, asılı mıknatısın bizde uzaklaşacak yönde gittiğini; zıt cins kutupların karşı karşıya gelmesi durumunda asılı olan mıknatısın bize doğru geldiğini görürüz. Her iki durum için elimizdeki mıknatısın, asılı olan mıknatısa bir kuvvet uyguladığını ve bunun sonucu olarak asılı mıknatısın devinime başladığı söyleriz. Bunun yanında, elimizde tuttuğumuz mıknatısın da, diğer mıknatısa yaklaştırılırken çekilip itildiğini hissederiz. Doğadaki bütün gerçek kuvvetler çevreyle etkileşme sonucu oluşurlar. Bir cisim diğer bir cisme bir kuvvetle etki ettiğinde, diğer cisim de bu cisme bir kuvvet uygular. Buna ek olarak bu kuvvetlerin büyüklükleri eşit, yönleri zıttır. Bu durumda, yalıtılmış tek bir kuvvetten söz edilemez. İki cisim arasındaki etkileşimde bu kuvvetlerden birine «etki diğerine «tepki kuvveti denir. Başka bir deyimle, kuvvetlerden birisi «etki olarak alınırsa, diğeri birinciye karşı «tepki olarak alınır. Herhangi bir etkiye karşı her zaman bir tepki vardır ya da iki cismin karşılıklı etkisi daima eşit, fakat zıt özelliklidir. İki cisim arasında oluşan etkileşmede F kuvveti, ikincinin birinciye etkidiği F kuvvetine eşit fakat zıt yönlüdür. V