Eylemsizlik, bir cismin, hareketindeki her değişikliğe karşı gösterdiği direnç.
Eylemsizlik İlkesi
Galileo Galilei çok erken bir tarihte hareketin ne olduğunu kavramış ve ağır cisimlerin düşüş nedenini anlamıştı; ama gezegenlerin hareketleri ancak Newton’dan sonra açıklanabildi: Bununla birlikte, Galileo Galilei’nin eylemsizlik ilkesini bulması önemli bir aşama oldu (daha sonra Newton, bu ilkeyi doğru biçimde ortaya koymuştur): Bir cisim hiçbir kuvvetin etkisi altında değilse ve başlangıçta hareket halindeyse, sabit hızla sürekli olarak doğrusal hareketini sürdürür; başlangıçta hareketsizse, hareketsiz kalır; ya da “bir cismin eylemsizliği, yörüngesindeki ya da hızındaki her tür değişikliğe karşı koyar; bu değişikliğe yol açmak için, söz konusu cisme bir kuvvetin etki yapması gerekir”. İşte öncelikle anlaşılması gereken bu noktadır ama, anlaşılması pek kolay değildir; çünkü doğa, Yeryüzünde bu ilkenin açıkça görülmesini önler. Sözgelimi, bir bilardo topu büyük, düz ve yatay bir yüzey üstüne fırlatıldığında, bir süre sonra yavaşlar ve sonunda durur. Bunun nedeni, yuvarlandığı yüzey üstündeki sürtünmedir. Eylemsizlik ilkesi bulunduktan sonra, geriye, üstüne bir kuvvet uygulandığında cismin hızını hangi yasaya göre değiştirdiğini bulmak kalıyordu. Bu da Nevvton tarafından gerçekleştirildi. Newton’un ikinci yasasına göre, Aristoteles’ten sonra sanıldığı gibi, kuvvetlerle orantılı olan hızlar değil, hız değişiklikleri, yani ivmelerdi. Bu yasa, F = mv ya da F dt biçiminde yazılır ve bir cismin üstüne bir kuvvet etki yaptığı zaman, mv hareket miktarının, zamana göre değişmesini ortaya koyar.
Kütle ve Eylemsizlik
Hareket miktarı ile hız aynı değildir: “Hafif” olan bir cisme belli bir kuvvet uygulanırsa, cisim kolayca yer değiştirir; ama aynı kuvvet, ağır bir cisme uygulandığında, bu cisim daha yavaş yer değiştirecektir. Aslında, hafif ve ağır yerine “küçük kütleli” ve “büyük kütleli” sözcüklerini kullanmak gerekir. Çünkü, bir cismin ağırlığı ile eylemsizliği arasında bir fark bulunduğu iyice anlaşılmalıdır. Bir cismi hareket ettirme güçlüğü ile o cismin ağırlığı, iki farklı kavramdır. Eylemsizlik ilkesini anlama güçlüğünü yalın ve klasik bir örnek çok iyi açıklar. XVIII. yy’dan kalma bir gravürde, yukarı doğru, düşey doğrultuda yönelmiş, gülle atan bir top görülmektedir; gravürün altına “düşecek mi?” sorusu yazılmıştır. Yer hareket etmiyorsa, soru hemen yanıtlanır: Evet, düşecek, üstelik topun içine! Ama ya Yer hareket edfyorsa? Galilerden yaklaşık dört yüzyıl sonra, hâlâ birçok kişi bu soruya “top, Yer’in hareketiyle, sürüklenmekte olduğundan, gülle’topun arkasına düşer!” gibi Galilei öncesine uygun bir yanıt verebilmektedir.
Oysa bir temel fizik kitabının yanıtı, güllenin topun içine düşeceği biçiminde olacaktır. Aslında gülle biraz dışarı düşer ama, bunun nedeni başkadır. Şimdi de, topun bir trene yerleştirildiğini düşünelim. Tren hareketsizse, problem öncekinin aynıdır; ama, tren değişmez bir hızla giderse ne olur? Gülle topun biraz yakınına düşer ve sapma, trenin hareketsiz olduğu, hızlı ya da yavaş gittiği zamanlar hep aynıdır. Bu, eylemsizlik ilkesinin bir sonucudur; gerçekten de, gülle ileri doğru yatay hareketini sürdürecektir, çünkü daha topun içindeyken bu harekete “sahiptir”; dolayısıyla tren hareketsiz de olsa, düzgün doğrusal bir hareket de yapsa, gülle, dikine çıkışı süresince topun üstünde kalacaktır. Küçük sapmanın nedeniyse, Yer’in günlük dönüş hareketiyle sürüklenen bir noktasının, kesin bir düzgün doğru hareket yapmamasıdır.
Eylemsizlik Uygulama Alanları
Bazı aygıtların parçalarının eylemsizliği, bunların, verilen hız değişikliklerine tam anlamıyla uygun olarak hareket etmesini engeller. Sözgelimi, bir kayıt aygıtının ya da mekanik bir hesap makinesinin hareketli parçalarının eylemsizliği, bu makinelerin verimini sınırlar. Bu nedenle, eylemsizliği sıfır ya da göz ardı edilebilir olan sistemler yeğlenir. Buna karşılık, bazı makinelerde parçaların bazılarının eylemsizliğinden yararlanılır. Almaşık bir doğru hareketin, aşağı yukarı düzgün bir dönme hareketine dönüştürülmesi, bir çarkın eylemsizliği sayesinde gerçekleştirilebilir. Elektrik motorlu bazı otobüsler, seyreltilmiş bir atmosferin içinde dönen bir eylemsizlik çarkı’yla donatılmışlardır; bu çark, frenleme ve yavaşlamalar sırasında kazandığı enerjiyi, elektriğe dönüştürerek geri verir; böylece, yaklaşık % 20-30 arasında enerji tasarrufu sağlanır.
Eylemsizlik Kütlesi
Maddesel bir parçacığa i ivmesi vermek istenirse,bu parçacığa bir t kuvveti uygulamak gerekir; i oranı, yalnız söz konusu parçacığa bağlı
olan bir sabittir: İ = m = parçacığın eylemsizlik kütlesi; bu, skaler (sayıl) bir büyüklüktür.
î = my ‘dan T – my = o elde edilir ve
– my =Yı ve ? + f’ı = o yazılabilir;buradaki T eylemsizlik kuvvetidir.
Bu durum şöyle de yorumlanabilir: Hareketli bir cisme bağlı olan bir referans sisteminde eylemsizlik ilkesi uygulanırsa, hareketli cisim bu referans sistemine göre hareketsiz olduğundan, kuvvetlerin bileşkesi (eylemsizlik kuvvetiyle birlikte) sıfırdır.
Bir Katının Eylemsizlik Merkezi
Katı bir cismin toplam kütlesi M’yse ve mı de Aı noktasındaki maddesel bir taneciğin kütlesiyse, O herhangi bir başlangıç noktası alınarak, G eylemsizlik merkezi
M OĞ = £ mı OÂi
i
bağıntısıyla tanımlanır; v toplamı, katı cismin bütün noktalarını kapsar. Demek ki, eylemsizlik merkezi, aynı zamanda da ağırlık merkezidir.
Bir Eksene Göre Eylemsizlik Momenti
a ekseninin çevresinde dönen bir katı cisim göz önüne alalım; e*, o a, = r, ( a, ’ nin A eksenine uzaklığı) olacak biçimde, *, ’de bulunan bir öğe olsun. Bu öğenin hızı Vı ’yse, a, ’nin a eksenine göre kinetik momenti
oi = nViirii olur; v, = r u (w açısal hız) eşitliğinde de o. = m,n2u elde edilir. it(A) = miri2 çarpımı, e, öğesinin 4 eksenine göre eylemsizlik momentidir. Bir katı cismin tümü için
i(A) = 2.m: r>2 olur.