Sir Isaac Newton tüm zamanların en etkili ve en önemli bilim insanlarından birisidir. Kalkülüsü icat etmiş, kütle çekimini açıklamış ve beyaz ışığın içerdiği renkleri tanımlamıştır. Viraj alan bir otomobilde kapıya doğru savruluşumuz, ani fren ile öne doğru savrulmamız bunların hepsi Newton’un hareket yasaları ile açıklanır.
17. yüzyılda yaşamış Isaac Newton, bilimin önde gelen dehalarından gösterilir. Cisimlerin neden yukarı doğru değil de aşağı doğru hareket ettiğini, bir topun havada nasıl bir eğik rota izlediği ve gezegenlerin Güneş’in etrafında nasıl döndüğü gibi döneminin en tartışmalı konularının anlaşılmasını sağlamıştır. Bunların hepsi de hareket yasaları ile ilgilidir.
1660’lı yıllarda Cambridge Üniversite’sinde sıradan bir öğrenciyken, okulunun veba salgını gerekçesiyle tatil edildiği dönemde, hareket yasaları ile ilgili araştırma ve geliştirme konusunda önemli adımlar attı.
Newton’un Hareket Yasaları Kısaca
Newton’un hareket yasaları kısaca aşağıdaki gibi açıklanabilir.
- Hareket Yasası: Eğer bir cisime herhangi bir kuvvet uygulanmaz ise, cisim duruyorsa durmaya, hareket ediyorsa da hareketine aynı hızda devam eder.
- Hareket Yasası: Bir cisme belirli bir miktarda ivme kazandırmak için uygulanması gereken kuvvet, cismin kütlesine bağlıdır. Yani bu yasa meşhur F=m.a denklemiyle açıklanır.
- Hareket Yasası: Bir cisme uygulanan her kuvvet, kuvveti uygulayan cisim üzerine ters yönde bir tepki kuvveti oluşturur. Her etkinin bir tepkisi vardır ve bunlar birbirine eşittir.
Newton’un Hareket Yasaları
Birinci Hareket Yasası
Newton Galileo’nun eylemsizlik ilkesine dayanarak ilk hareket yasasını formüle edip ortaya koydu. Bu yasaya göre bir cisme herhangi bir kuvvet uygulanmadıkça, cisimler duruyorsa durmaya ve hareket ediyorsalar da hareket etmeye aynı hızda devam ederler. Yani hareketsiz duran bir cisim kendisine kuvvet uygulanmadıkça hareket etmez. Hareket eden bir cismin de kendisine kuvvet uygulanmadığı sürece hızı değişmeden hareketlerini sürdürürler. Eğer bu cisimlere bir kuvvet uygulanırsa, cisimler ivme kazanır ve hızları değişir. Hızın zamanla değişimine ivme denir.
Doğada baktığımız zaman, sürtünmenin olduğu her yerde cisimlerin hareketlerine etkiyen bir ters yönde ivmelenme vardır. Yani sürtünme hareket eden cisimleri yavaşlatır. Bir buz hokeyi oyuncusu, hokey topuna vurduğunda, buzun sürtünme kuvvetinden dolayı bir süre sonra yavaşlayıp duracaktır. Newton’un bu ilk yasası ortamda hiçbir sürtünmenin olmadığı bir durum olarak görülebilir. Ama bu duruma doğada rastlanmaz. Buna en yakın örnek uzay olabilir. Uzayda hava yoktur dolayısıyla ilerlemeyi durduracak bir sürtünme de yoktur fakat bu seferde güçlü kütle çekim kuvvetleri vardır. Sonuç olarak, Newton’un birinci hareket yasası, kuvvet ve hareketi anlamamız için bir temel oluşturur.
İkinci Hareket Yasası
Newton’un ikinci hareket yasası, bir cisme uygulanan kuvvetin büyüklüğü ile oluşan ivmelenmenin arasındaki ilişkiyi temel alır. Yani bir cismi belirli bir miktarda ivmelendirmek için gerekli kuvvet, cismin kütlesiyle orantılıdır. Kütlesi fazla olan ağır cisimleri ivmelendirmek için uygulanması gereken kuvvet, hafif cisimlerinkinden daha büyük olur.
Örneğin duran bir arabayı 0’dan 100 km/saat hıza çıkarmak için gerekli kuvvet, arabanın kütlesi ile ivmesinin birbirleriyle çarpımına eşittir.
Newton’un ikinci hareket yasası matematiksel olarak F=m.a olarak ifade edilir. Yani kuvvet (F) eşittir, kütle (m) çarpı ivme(a). Bu ifadeden ivmenin birim kütle başına uygulanan kuvvet olduğunu çıkarabiliriz. Yani ivme sabit ise kütle başına uygulanan kuvvette sabittir.
Gülle mi Yoksa Tüy mü Yere Daha Önce Ulaşır?
Bu yasa Galileo’nun gülle ve tüy ile yaptığı deneyi de açıklıyor. Bu deneyde sorulan soru: Aynı yükseklikten bırakılan tüy mü yoksa gülle mi yere daha önce ulaşır? güllenin tüyden daha ağır olduğunu düşünüp cevabın gülle olduğunu söyleyebilirsiniz ve Dünya’nın her yerinde bu deneyi yaparsanız gülle her zaman yere daha önce düşecektir. Ancak bu deney hava direncinin olmadığı sürtünmesiz bir ortamda yapılırsa gülle de tüy de yere tam olarak aynı zamanda ulaşırdı. Çünkü iki cisme de uygulanan yer çekimi ivmesi aynıdır ve ortamda onlara etkiyen bir hava direnci de olmadığı için cisimler yere aynı anda ulaşır. 1971 yılında ise Apollo 15 astronotları atmosferin bulunmadığı Ay yüzeyinde bu deneyi tüy ve ağır bir çekiç ile gerçekleştirdiler ve iki cismin de yere aynı anda ulaştığını gösterdiler.
Aşağıdaki videoda gülle ve tüy deneyini izleyebilirsiniz.
Üçüncü Hareket Yasası
Newton hareket yasaları arasından üçünsü hareket yasası ise her etkiye karşı bir tepkinin varlığını temel alır. Yani bir cisme uygulanan kuvvet, kuvveti uygulayan diğer bir cisme ters yönde bir tepki kuvveti oluşturur. Bu tepki kuvveti de bir geri tepme şeklinde hissedilir. Örneğin, bir buz patencisi partnerini iterse, kendisi üzerinde de bir tepki oluşacağı için ters yöne doğru hareket eder. Bir tüfekle atış yapan biriside, ateş ettiği anda tüfeğin geri tepmesini hisseder. Bu geri tepme mermiyi iten kuvvet ile aynı büyüklüktedir. Bir otomobilin duvara çarpması sonucu, duvara uyguladığı kuvvet araca tepki olarak geri uygulanır bu yüzden de araç üzerinde hasar oluşur. Şuan oturduğunuz sandalyede uyguladığınız kuvvete yani etkiye ters ve eşit miktarda bir tepki oluşturur, eğer sandalye size karşı bir tepki oluşturmasaydı direk kırılacaktı ve oturmanız mümkün olmayacaktı. Ancak, küçük kütleli cisimlerin, büyük kütleli cisimlere uyguladığı kuvvetin etkisi olsa da hissedilmez. Mesela zıpladığımızda yer yüzüne aşağı doğru çok küçük bir kuvvet uygularız ve Dünya bize göre o kadar büyük ve ağır ki bunun etkisi fark edilmez. Uzaya yolladığımız roketlerde etki tepki yasasına göre yeryüzünden uzaya doğru yükselirler. İnsanlığı 1969 yılında Ay’a götüren Newton yasalarıdır.
Newton’un bu hareket yasaları doğada birçok durumda geçerli olsa da çok küçük kütleli nesneler bulunduğu veya ışık hızına yakın hızlarda gidilen durumlarda geçerli değildir. Bu durumları da kuantum mekaniği ve Einstein’ın görelilik kuramı açıklar.
Bu yazımız sizleri Newton’un hareket yasaları konusunda bilgilendirmek amacıyla derlenmiştir. Bu konu ile ilgili fikirlerinizi varsa yorum olarak belirtmeyi unutmayın.