İvmeli Sistemlerde Hareket

96

Bu bölümde ivmeli sistemlerde hareketin, Newton’un ikinci yasasına nasıl uygulanacağını inceleyeceğiz.

Şekil 1
Şekil 1: (a) Bir araba eğimli bir viraja giriyor. Ön koltuk yolcusunu sağ taraftaki kapıya
doğru hareket ettiren nedir? (b) Yolcunun kendi sistemine göre arabanın koltuğu, yolcuya sol tarafa doğru bir kuvvet uygular. Bu kuvvet yolcunun araba ile birlikte (arabaya göre durgun kalarak) yönünü değiştirmesine sebep olur.

İvmeli sistemlerdeki hareketi daha iyi anlamak için, Şekil 1’de görülen virajlı bir şehirler arası yolda yüksek hızla giden bir arabayı göz önüne alabiliriz. Araba virajda sola keskin bir dönüş yapar yapmaz, yolcu koltuklarında oturan şahıslar sağa doğru kayarlar ve kapıya çarparlar. Tam o noktada kapının onlara uyguladığı kuvvet, arabadan dışarı fırlamalarını önler. Yolcuların kapıya doğru sürüklenmelerinin sebebi nedir? Alelade açıklamalarda, yolcuları bazı bilinmez kuvveler dışarı doğru iter denilmiştir (Bu kuvvetler çoğu zaman “merkezkaç” kuvvet olarak adlandırılmıştır. Fakat sık sık karışıklıklara sebep olduğu için biz bu terimi kullanmayacağız). Yolcular kendi ivmeli referans sistemlerinde neler olduğunu açıklamak için bu yalancı kuvvetler (merkezkaç kuvveti) kabul ederler (Şekil 1 b’de görüldüğü gibi).

hızlanan araba

Bu olay en doğru şöyle açıklanabilir. Araba, viraja girmeden önce yolcular doğrusal bir yolda hareket ediyorlar. Araba viraja girer girmez ise, eğrisel bir yörüngeye giriyorlar. Yolcular, eylemsizliklerinden dolayı önceden gitmekte oldukları doğrusal yolda devam etme eğilimindedirler. Bu eğilim Newton’un birinci yasasının bir sonucudur: Cisim doğrusal yörüngede hareketine devam etmek ister. Ancak yolculara uygulanan merkezcil kuvvet Şekil 1’de görüldüğü gibi (eğrinin merkezine doğru) yeterince büyükse, yolcular araba ile birlikte eğri yörüngede hareket ederler. Bu merkezcil kuvvetin kaynağı yolcularla araba koltukları arasındaki sürtünme kuvvetidir. Sürtünme kuvveti yeterince büyük değilse, yolcular arabanın dönüşü devam ettiği sürece koltuğun karşı tarafına doğru kayacaktır. Sonunda yolcu, kapı ile karşılaşacaktır. Kapı (açılmadığı için), yolcuya araba ile birlikte virajı dönebilmesine yeterli olan merkezcil kuvveti uygulayacaktır. Yolcular kapıya doğru sihirli kuvvetler sebebiyle kaymazlar. Bu kaymanın sebebi; yolcuya, arabanın takip ettiği eğrisel yolu takip etmesine yetecek kadar (koltukların uyguladığı sürtünme kuvveti olarak) merkezcil kuvvet uygulanmamasıdır.

Bir parçacık, eylemsiz koordinat sistemindeki bir gözlemciye göre a ivmesiyle hareket ediyorsa, eylemsiz gözlemci Newton’un ikinci yasasını kullanabilir ve ΣF = ma ifadesini doğru olarak açıklar. Diğer bir gözlemci, ivmeli (eylemli) referans sistemi içinde ise ve parçacığın hareketine Newton’un ikinci yasasını uygulamak isterse, yalancı (hayali) kuvvetlerle karşılaşır. Bu yalancı kuvvetlere bazen eylemsizlik kuvvetleri de denir. Bu kuvvetlerin ivmeli gözlemci tarafından, ivmeli sistem içinde gerçek kuvvetler olarak göründüğü açıklanmıştır. Ancak bu yalancı kuvvetlerin, hareket, eylemsiz koordinat sisteminden gözlendiği zaman mevcut olmadıkları belirtilmelidir. Yalancı kuvvetler, sadece ivmeli bir sistem içinde kullanılırlar. Fakat bunlar cisimlere etki eden gerçek kuvvetleri temsil etmezler (Gerçek kuvvetler cisimlerin çevreleri ile etkileşme kuvvetleri demektir). ivmeli referans sisteminde yalancı kuvvetler özel olarak belirlenmişler ise, o zaman bu referans sisteminde hareket, eylemsiz sistemden sadece gerçek kuvvetleri dikkate alarak yapılan hareketle aynı olacaktır. Genellikle, hareketler eylemsiz referans sistemleri kullanılarak analiz edilir. Fakat ivmeli referans sistemlerinin kullanılmasının daha elverişli olduğu haller de mevcuttur.

Düşünceleriniz Nedir?

Lütfen yorumunuzu buraya yazınız.
Lütfen isminizi buraya yazını.