DINAMIKLER: TARIH, INCELEDIKLERI, YASALAR VE TEORILER - FIZIKSEL - 2025

Dinamik organları ve bunların etkileri arasındaki etkileşimleri inceleyen mekaniğin alandır. Onları niteliksel ve niceliksel olarak tanımlamanın yanı sıra zaman içinde nasıl gelişeceklerini tahmin etmekle ilgilenir.

İlkelerini uygulayarak, bir bedenin hareketinin başkalarıyla etkileşime girdiğinde nasıl değiştiği ve ayrıca bu etkileşimlerin onu deforme ettiği bilinmektedir, çünkü her iki etkinin de aynı anda meydana gelmesi tamamen mümkündür.

Şekil 1. Bisikletçi üzerindeki etkileşimler hareketlerini değiştirir. Kaynak: Pixabay.

Büyük Yunan filozofu Aristoteles'in (MÖ 384-322) inançları, yüzyıllar boyunca Batı'daki dinamiklerin temeli olarak galip geldi. Nesnelerin onları bir yöne iten bir tür enerji nedeniyle hareket ettiğini düşünüyordu.

Ayrıca, bir nesne itilirken sabit bir hızda hareket ettiğini, ancak itme durdurulduğunda durana kadar gittikçe daha yavaş hareket ettiğini gözlemledi.

Aristoteles'e göre, bir şeyi sabit hızda hareket ettirmek için sabit bir kuvvetin eylemi gerekliydi, ancak olan şey, bu filozofun sürtünme etkilerine sahip olmadığıdır.

Bir başka fikri de, daha ağır nesnelerin hafif olanlardan daha hızlı düşmesiydi. Büyük Galileo Galilei (1564-1642), tüm cisimlerin kütlelerine bakılmaksızın aynı ivmeyle düştüğünü ve viskoz etkilerini ihmal ederek deneyler aracılığıyla gösterdi.

Ancak, Gottfried Leibniz ile birlikte modern dinamiklerin ve matematiksel hesaplamanın babası olarak kabul edilen, şimdiye kadar yaşamış en dikkat çekici bilim adamı Isaac Newton (1642-1727).

Şekil 2. Godfrey Kneller tarafından 1682'de Isaac Newton. Kaynak: Wikimedia Commons.

17. yüzyılda formüle edilen meşhur kanunları bugün de geçerli ve taze kalmaktadır. Her gün gördüğümüz ve bizi etkileyen klasik mekaniğin temelidir. Bu yasalar kısaca tartışılacaktır.

Dinamikler neyi inceler?

Dynamics, nesneler arasındaki etkileşimi inceler. Nesneler etkileşime girdiğinde, hareketlerinde ve deformasyonlarında değişiklikler olur. Statik olarak adlandırılan belirli bir alan, dengede olan, hareketsiz veya düzgün doğrusal hareketli olan sistemlere ayrılmıştır.

Dinamik prensiplerini uygulayarak, zaman içinde nesnelerin değişiminin ve evriminin ne olacağını denklemler aracılığıyla tahmin etmek mümkündür. Bunu yapmak için, çalışılacak sistemin türüne bağlı olarak bazı varsayımlar oluşturulur.

Parçacıklar, katı katılar ve sürekli ortam

Parçacık modeli, dinamik ilkelerini uygulamaya başlamak için en basit olanıdır. İçinde incelenecek nesnenin kütlesi olduğu, ancak boyutları olmadığı varsayılır. Bu nedenle bir parçacık elektron kadar küçük veya Dünya veya Güneş kadar büyük olabilir.

Boyutun dinamikler üzerindeki etkisini gözlemlemek istediğinizde, nesnelerin boyutunu ve şeklini dikkate almak gerekir. Bunu hesaba katan bir model, çok sayıda parçacıktan oluşan ölçülebilir boyutlara sahip, ancak kuvvetlerin etkisi altında deforme olmayan bir cisim olan katı katı modeldir.

Son olarak, sürekli medyanın mekaniği, yalnızca nesnenin boyutlarını değil, aynı zamanda deforme olma yeteneği de dahil olmak üzere belirli özelliklerini de hesaba katar. Sürekli ortam, sıvıların yanı sıra katı ve katı olmayan katıları da kapsar.

Newton yasaları

Dinamiklerin nasıl çalıştığını anlamanın anahtarı, bir cisme etki eden kuvvetleri nicel olarak hareket veya dinlenme durumundaki değişikliklerle ilişkilendiren Newton yasalarının tam olarak anlaşılmasıdır.

Newton'un Birinci Yasası

Newton'un birinci yasasının açıklaması. Kaynak: kendi kendine.

Öyle diyor:

İfadenin ilk kısmı oldukça açık görünüyor, çünkü hareketsiz duran bir nesnenin rahatsız edilmediği sürece bu şekilde kalacağı açıktır. Ve bunun için bir kuvvet gereklidir.

Öte yandan, bir nesnenin üzerindeki net kuvvet sıfır olduğunda bile hareket halinde devam etmesi gerçeğini kabul etmek biraz daha zordur, çünkü bir nesnenin sonsuza kadar hareket halinde kalabileceği görülmektedir. Ve günlük deneyimler bize er ya da geç işlerin yavaşladığını söylüyor.

Bu bariz çelişkinin cevabı sürtüşmelerdedir. Gerçekten de, eğer bir nesne tamamen pürüzsüz bir yüzey üzerinde hareket edecekse, başka hiçbir kuvvetin hareketin değişmesine neden olmadığını varsayarak bunu sonsuza kadar yapabilir.

Sürtünmeyi tamamen ortadan kaldırmak mümkün olmadığından, bir cismin sabit bir hızda sonsuza kadar hareket etmesi durumu bir idealleştirmedir.

Son olarak, net kuvvet sıfır olmasına rağmen, bunun nesne üzerindeki kuvvetlerin tamamen yokluğunu temsil etmediğini belirtmek önemlidir.

Dünya yüzeyindeki nesneler her zaman yerçekimi çeker. Masaya oturan bir kitap bu şekilde kalır, çünkü masanın yüzeyi, ağırlığı dengeleyen bir kuvvet uygular.

Newton'un ikinci yasası

Newton'un ikinci yasasının açıklaması. Kaynak: kendi kendine.

Newton'un ilk yasası, net veya sonuçta oluşan kuvvetin sıfır olduğu bir nesneye ne olacağını belirler. Şimdi dinamiklerin temel yasası veya Newton'un ikinci yasası, net kuvvet birbirini götürmediğinde ne olacağını gösterir:

Gerçekte, uygulanan kuvvet ne kadar büyükse, bir nesnenin hızındaki değişiklik o kadar büyük olur. Ve aynı kuvvet farklı kütlelerdeki nesnelere uygulanırsa, en büyük değişiklikler daha hafif ve hareket etmesi daha kolay olan nesnelerde yaşanacaktır. Günlük deneyimler bu ifadelere uygundur.

Newton'un üçüncü yasası

Bir uzay roketi, atılan gazlar sayesinde gerekli itme gücünü alır. Kaynak: Pixabay.

Newton'un ilk iki yasası tek bir nesneye işaret eder. Ancak üçüncü yasa iki nesneye atıfta bulunur. Bunları nesne 1 ve nesne 2 olarak adlandıracağız:

F ₁₂ = - F ₂₁

Aslında, ne zaman bir vücut bir kuvvetten etkilenirse, bunun nedeni bir başkasının ona neden olmasından kaynaklanmaktadır. Dolayısıyla, Dünya üzerindeki nesnelerin ağırlığı vardır, çünkü onları merkezine doğru çeker. Bir elektrik yükü, aynı burcun başka bir yükü tarafından itilir, çünkü birincisine itici bir kuvvet uygular ve bu böyle devam eder.

Şekil 3. Newton yasalarının özeti. Kaynak: Wikimedia Commons. Hugo4914.

Koruma ilkeleri

Dinamikte, hareket sırasında korunan ve çalışması gerekli olan birkaç nicelik vardır. Kuvvetlerin çok karmaşık şekillerde değiştiği problemleri çözmek için eklenebilecek sağlam bir sütun gibidirler.

Bir örnek: tam iki araç çarpıştığında, aralarındaki etkileşim çok yoğun ama kısa. O kadar yoğun ki, başka hiçbir kuvvetin hesaba katılması gerekmiyor, bu nedenle araçlar izole bir sistem olarak kabul edilebilir.

Ancak bu yoğun etkileşimi tanımlamak kolay bir iş değildir, çünkü zaman içinde ve ayrıca uzayda değişen kuvvetler içerir. Ancak araçların izole bir sistem oluşturduğu varsayıldığında aralarındaki kuvvetler içseldir ve momentum korunur.

Momentumu koruyarak, araçların çarpışmadan hemen sonra nasıl hareket edeceğini tahmin etmek mümkün.

İşte Dynamics'teki en önemli koruma ilkelerinden ikisi:

Enerji tasarrufu

Doğada iki tür güç vardır: muhafazakar ve muhafazakar olmayan. Ağırlık birincisinin güzel bir örneğidir, sürtünme ise ikincisinin güzel bir örneğidir.

Muhafazakar kuvvetler, sistemin konfigürasyonunda enerji depolama imkanı sundukları için karakterize edilir. Sözde potansiyel enerjidir.

Bir vücut ağırlık gibi koruyucu bir kuvvetin etkisi sayesinde potansiyel enerjiye sahip olduğunda ve harekete geçtiğinde, bu potansiyel enerji kinetik enerjiye dönüştürülür. Her iki enerjinin toplamına sistemin mekanik enerjisi denir ve korunan, yani sabit kalan enerjidir.

U potansiyel enerji, K kinetik enerji ve E _m mekanik enerji olsun. Yalnızca muhafazakar güçler bir nesneye etki ederse, şu doğrudur:

Böylece:

Momentumun korunması

Bu ilke yalnızca iki araç çarpıştığında geçerli değildir. Makroskopik dünyanın ötesine geçen bir kapsamı olan bir fizik yasasıdır.

Momentum, güneş, yıldız ve galaksi sistemleri düzeyinde korunur. Ve Newton mekaniğinin orada geçerliliğini yitirmesine rağmen, atom ve atom çekirdeği ölçeğinde de yapıyor.

P , tarafından verilen momentum vektörü olsun :

P = m. v

P'yi zamana göre türetmek :

Kütle sabit kalırsa:

Bu nedenle Newton'un ikinci yasasını şöyle yazabiliriz:

_Net F = d P / dt

İki cisim m ₁ ve m ₂ izole bir sistemi oluşturuyorsa, aralarındaki kuvvetler içseldir ve Newton'un üçüncü yasasına göre, bunlar eşittir ve F ₁ = - F _2'ye zıttır , bunu yerine getirir :

Bir büyüklükteki zamana göre türev sıfır ise, büyüklüğün sabit kaldığı anlamına gelir. Dolayısıyla izole bir sistemde, sistemin momentumunun korunduğu söylenebilir:

P ₁ + P ₂ = sabit

Yine de P ₁ ve P ₂ ayrı ayrı değişebilir. Bir sistemin momentumu yeniden dağıtılabilir, ancak önemli olan toplamının değişmeden kalmasıdır.

Dinamikte öne çıkan kavramlar

Dinamikte birçok önemli kavram var, ancak ikisi öne çıkıyor: kütle ve kuvvet. Kuvvet hakkında daha önce yorumlanmış ve aşağıda, dinamikler çalışmasında yanında görünen en önemli kavramların bir listesi var:

Eylemsizlik

Nesnelerin dinlenme veya hareket hallerindeki değişikliklere direnmesi gereken özelliktir. Kütlesi olan tüm nesneler eylemsizliğe sahiptir ve çok sık deneyimlenir, örneğin hızlanan bir arabada seyahat ederken, yolcular dinlenme eğilimindedir, bu da koltuğun arkasına yapışma hissi olarak algılanır.

Ve araba aniden durursa, yolcular daha önce sahip oldukları ileri hareketi takip ederek yuvarlanma eğilimindedir, bu nedenle her zaman emniyet kemeri takmak önemlidir.

Şekil 4. Araba ile seyahat ederken atalet, otomobil sert bir şekilde fren yaptığında çarpmamıza neden olur. Kaynak: Pixabay.

kitle

Kütle eylemsizliğin ölçüsüdür, çünkü bir cismin kütlesi ne kadar büyükse, onu hareket ettirmek veya hareketini değiştirmesine neden olmak o kadar zor olur. Kütle skaler bir niceliktir, bu, bir cismin kütlesini belirtmek için sayısal değerin yanı sıra kilo, pound, gram ve daha fazlası olabilen seçilen birimi vermek gerektiği anlamına gelir.

Ağırlık

Ağırlık, Dünya'nın yüzeyine yakın nesneleri merkezine doğru çekerken kullandığı kuvvettir.

Bir kuvvet olduğu için, ağırlığın bir vektör karakteri vardır, bu nedenle, büyüklüğü veya sayısal değeri, yönü ve anlamı gösterildiğinde, dikey olarak aşağı doğru olduğunu zaten bildiğimiz, tamamen belirtilir.

Bu nedenle, ilişkili olmasına rağmen, ağırlık ve kütle eşit değildir, hatta eşdeğer değildir, çünkü birincisi bir vektör ve ikincisi bir skalerdir.

Referans sistemleri

Bir hareketin tanımı seçilen referansa göre değişebilir. Asansörle yukarı çıkanlar, kendisine sabitlenmiş bir referans çerçevesine göre dinleniyor, ancak yerde bir gözlemci tarafından görülüyor, yolcular hareket ediyor.

Bir cisim bir referans çerçevesi etrafında hareket yaşarken diğerinde hareketsizse, Newton yasaları her ikisine de uygulanamaz. Aslında, Newton yasaları belirli referans çerçevelerine uygulanabilir: eylemsiz olanlar.

Eylemsiz referans çerçevelerinde, cisimler bir şekilde - bir kuvvet uygulayarak - bozulmadıkça hızlanmazlar.

Hayali kuvvetler

Hayali kuvvetler veya sözde kuvvetler, hızlandırılmış bir referans çerçevesindeki bir cismin hareketi analiz edildiğinde ortaya çıkar. Hayali bir güç ayırt edilir, çünkü görünüşünden sorumlu ajanı belirlemek mümkün değildir.

Merkezkaç kuvveti, hayali kuvvetin güzel bir örneğidir. Bununla birlikte, arabasını döndüğünde deneyimleyenler ve görünmez bir elin onları eğrinin dışına ittiğini hissedenler için bunun gerçekliğini daha az gerçek kılmaz.

Hızlanma

Bu önemli vektörden daha önce bahsedilmişti. Bir cisim, hızını değiştiren bir kuvvet olduğu sürece hızlanma yaşar.

İş ve enerji

Bir kuvvet bir nesneye etki ettiğinde ve konumunu değiştirdiğinde, kuvvet işe yaramıştır. Ve bu iş enerji şeklinde depolanabilir. Bu nedenle, enerji kazandığı için nesne üzerinde çalışma yapılır.

Aşağıdaki örnek noktayı açıklığa kavuşturuyor: Bir kişinin bir tencereyi yerden belirli bir yüksekliğe kaldırdığını varsayalım.

Bunun için bir kuvvet uygulaması ve yerçekimini aşması gerekir, bu nedenle pota üzerinde çalışır ve bu iş, pota içinde kütlesiyle ve zeminden ulaştığı yükseklikle orantılı olarak yerçekimi potansiyel enerjisi şeklinde depolanır. :

M kütledir, g yerçekimidir ve h yüksekliktir. Pot h yüksekliğine ulaştığında ne yapabilir? Düşebilir ve düştükçe sahip olduğu yerçekimi potansiyel enerjisi azalırken kinetik veya hareket enerjisi artar.

Bir kuvvetin işe yaraması için, kuvvete paralel olması gereken bir yer değiştirme oluşturması gerekir. Bu olmazsa, kuvvet yine de nesneye etki eder, ancak üzerinde çalışmaz.

İlgili konular

Newton'un birinci yasası.

Newton'un ikinci yasası.

Newton'un üçüncü yasası.

Maddenin korunumu kanunu.

Referanslar

1. Bauer, W. 2011. Mühendislik ve Bilimler için Fizik. Cilt 1. Mc Graw Hill.
2. Figueroa, D. 2005. Seri: Bilimler ve Mühendislik için Fizik. Cilt 2. Dinamikler. Douglas Figueroa (USB) tarafından düzenlendi.
3. Giancoli, D. 2006. Fizik: Uygulamalı Prensipler. 6. .. Ed Prentice Hall.
4. Hewitt, Paul. 2012. Kavramsal Fiziksel Bilimler. 5. Ed. Pearson.
5. Kirkpatrick, L. 2007. Fizik: Dünyaya Bir Bakış. 6. kısaltılmış baskı. Cengage Learning.
6. Knight, R. 2017. Bilim Adamları ve Mühendislik için Fizik: Bir Strateji Yaklaşımı. Pearson.
7. Vikipedi. Dinamik. Es.wikipedia.org adresinden kurtarıldı.