Yaşıyoruz ve devamlı kendimiz dışındaki farklı nesnelerle etkileşime giriyoruz. Mesela bu yazıyı okurken belki sehpadaki telefonu elinize aldınız ve ekranda bir şeylere dokundunuz ya da bilgisayarı önünüze çekip birkaç mouse tıklaması yaptınız. İşte tüm bunlar aslında kuvvettir. Fizik biliminin önemli konularından bir tanesi olan kuvvet, günlük hayatımızın da temelini oluşturmaktadır.
Elbette kuvvet oldukça kapsamlı ve derin detaylara sahip bir konu ama yine de günlük hayatımızın her anında onunla karşılaşıyoruz. Zaten karşılaşmak zorundayız çünkü Newton’ın yasalarından ilkine göre bir nesneye kuvvet uygulamazsak öylece orada boş boş duracaktır. Konunun sıkıcı detaylarını bırakalım ve en saf haliyle gelin kuvvet nedir, türleri ile özellikleri nelerdir yakından bakalım.
Temel bir tanım yaparak başlayalım; Kuvvet nedir?
Fizik bilimine göre kuvvet, kendine ait kütleye sahip bir cismin hareket halini değiştiren bir etkidir. Kuvvetin itme ya da çekme gibi bir yönü ve kendi vektörel büyüklüğü vardır. Newton N sembolü ile ya da F sembolü ile gösterilir.
Mekanik açısından baktığımızda ise kuvvet bir nesnenin hareketini sürdürmek, hareketini değiştirmek ya da mevcut hareketini bozmak için yapılan bir eylemdir. Kuvvetin büyüklüğüne göre uygulanan nesnenin bazen yalnızca hareketi bozulur, bazen de şekli bozulur. Her iki türlü de kuvvet demek değişim ve hareket demektir.
Kuvvetin tanımı Newton yasalarıyla yapıldı:
İngiliz fizikçi Isaac Newton, 1687 yılında kaleme aldığı Principia Mathematica adlı eserinde kuvvet hakkında üç temel ilke belirlemiştir. Birinci ilkeye göre bir cisim, kendisine herhangi bir kuvvet uygulanana kadar olduğu gibi kalır.
İkinci ilkeye göre cisim bir dış kuvvetin etkisinde kaldığı zaman hız değişikliği yani ivme büyüklüğü cismin aldığı kuvvet ile doğru orantılıdır. Üçüncü ilkeye göre ise bir cisim başka bir cisme kuvvet uygularsa aslında her iki cisim de birbirine eşit kuvvet uygulamış olur. Etki tepki ilkesi olarak bilinen bu üçüncü kuralda harekete bakılmaksızın cisimlerin deforme olma eğiliminde olmaları açıklanmıştır.
Kuvveti iki ayrı başlıkta inceleyebiliriz:
- Temas gerektiren kuvvet
- Temas gerektirmeyen kuvvet
Temas gerektiren kuvvet:
İki cismin birbirine temas ederek kuvvet uyguladıkları durum temas gerektiren kuvvet olarak tanımlanır. Günlük hayatta karşımıza itme ya da çekme olarak çıkar. Masadaki bardağı itmek ya da çekmek, yürümek, kamyonun arkasındaki kasayı çekmesi, topa vurmak, asansör hareketi gibi günlük hayattan daha pek çok örneği verilebilir.
Temas gerektiren kuvvetler arasında çekme kuvveti, havanın direnç kuvveti, sürtünme kuvveti, buhar kuvveti, kas kuvveti, kaldırma kuvveti ve rüzgar kuvveti vardır. Çevremizde bulunan ve her gün kullandığımız mekanik aletlerin büyük bir bölümü temas gerektiren kuvvetlerin prensiplerine göre çalışmaktadırlar.
Temas gerektirmeyen kuvvet:
Alan kuvveti olarak da bilinen temas gerektirmeyen kuvvet, iki cismin birbirine temas etmeden kuvvet uyguladıkları durumdur. Mıknatısların birbirini itmesi ve çekmesi buna en büyük örnektir. Elinizden bıraktığınız bir bardağın yerçekimi etkisiyle yere düşmesi ya da kazağınızı çıkarırken saçlarınızın elektriklenmesi de temas gerektirmeyen kuvvete örnek olarak gösterilebilir.
Doğada dört temel temas gerektirmeyen kuvvet vardır:
- Kütle çekim kuvveti
- Elektromanyetik kuvvet
- Güçlü çekirdek kuvveti
- Zayıf çekirdek kuvveti
Kütle çekim kuvveti:
Yerçekimi kuvveti olarak da bilinen kütle çekim kuvvetinin temel kuralına göre kütlesi olan bir cisim, kütlesi olan diğer bir cismi her zaman itmez ama her zaman çeker. İki cisim arasındaki kuvvet zıt yönlüdür. Etki alanı sonsuz olarak kabul edilir. Diğer kuvvetlere göre etki alanı küçüktür ama cisimlerin kütlesi arttıkça kuvvet de artar. Gezegenlerin Güneş etrafında dönüşü ya da bir meyvenin ağaçtan düşmesi kütle çekime örnektir.
Elektromanyetik kuvvet:
Elektrik ve manyetik kuvvet birleştiği zaman ortaya elekromanyetik kuvvet çıkar. Cisimler elektrik kuvveti yüzünden birbirini iter ya da çeker. Protonlar ve elektronlar arasındaki kuvvet de elektrik kuvveti olarak kabul edilir. Kütle çekim kuvvetine göre çok daha büyüktür. Etki alanı sonsuz olduğu için iki cisim birbirine ne kadar uzak olursa olsun değişen yoğunlukta elektrik kuvveti oluşur.
Güçlü çekirdek kuvveti:
Kuvvetler arasında en şiddetlisi olarak kabul edilen güçlü çekirdek kuvvetinin etkisini protonlar üzerinde görüyoruz. Atom çekirdeğinde bulunan aynı kutuplu protonlar birbirine çok yakın olduğu için elektrik kuvvetine göre birbirlerini itmeleri gerekirdi. Ancak atom çekirdeğinin kuvveti elektrik kuvvetinden bile yüksek olduğu için protonlar bir aradadır.
Zayıf çekirdek kuvveti:
Atom çekirdeğinde yalnızca proton ve nötron olmasına rağmen elektron ve pozitron yaymasının nedeni zayıf çekirdek kuvvetidir. Bu kuvvet sayesinde çekirdek kararsızdır ve protonlar ile nötronlar başka parçacıklara dönüşebilir. Zayıf çekirdek kuvvetinin etki alanı oldukça kısadır.
Formülü ile kuvvet nasıl hesaplanır?
- Adım #1: Kuvvet = Kütle x İvme yani F = m . a
- Adım #2: Tüm değerlerin aynı birimde olduğundan emin olun.
- Adım #3: Newton ağırlığı 9.8’e bölerek kütleyi bulun.
- Adım #4: Değerleri formülde yerine yerleştirin.
- Adım #5: İşlem tamam.
Kuvvet hesaplamak için uygulamanız gereken formül ve izlemeniz gereken adımlar bu şekilde. Elbette farklı disiplinlere ait farklı işlemler yaparken bu formülün çok daha gelişmiş versiyonlarını kullanmak gerekebilir ancak temel fizikte kuvvet bulmak için bu yöntem oldukça işe yarardır.
Kuvvet vektörel mi skaler mi?
Kuvvet bir yönü ve büyüklüğü olduğu için skaler değil, vektöreldir. Basit fiziksel bir yapı olarak tanımlanan skaler Newton mekaniğindeki bir değişim, Lorentz dönüşümü, uzay zaman göreliliğindeki bir dönüşüm gibi durumlarda değişmeyen ya da kısaca yönü olmayan bir özelliktir. Kuvvet ise yön ve doğrultu bakımından vektöreldir.
Fiziğin ve günlük yaşantımızın en temel konularından bir tanesi olan kuvvet nedir sorusunu yanıtlayarak türleri ve özellikleri hakkında bilmeniz gereken detaylardan bahsettik. Kuvvet, içine daldığımız zaman kolayca boğulacağımız bir okyanus gibi olduğu için bu yazımızda yalnızca temel bir bilgilendirme yapmayı hedefledik.
