▷ Newton'un birinci yasası: ifade, örnekler ve alıştırmalar

Bu makale, eylemsizlik yasası olarak da bilinen Newton’un birinci yasasının ne söylediğini açıklamaktadır. Newton’un birinci yasasının açıklamasına ek olarak, bu yasanın örneklerini ve matematiksel formülünü göreceksiniz. Son olarak Newton’un birinci yasasının adım adım çözümlü alıştırmalarıyla pratik yapabileceksiniz.

Newton’un birinci yasası nedir?

Newton’un eylemsizlik yasası olarak da adlandırılan birinci yasa açıklaması şunları belirtir:

Bir cisim üzerine herhangi bir dış kuvvet etki etmediği sürece hareketsiz kalır veya sabit hızda kalır. Başka bir deyişle, bir cismin hareket veya dinlenme durumunu değiştirmek için ona bir kuvvet uygulanması gerekir.

Örneğin yerde duran bir cisim, üzerine bir kuvvet etki edene kadar hareket etmeyecektir.

Bu nedenle, Newton’un birinci yasası, eğer bir cisim düzgün doğrusal hareketle hareket ediyorsa, bunun üzerine hiçbir dış kuvvetin etki etmediği veya tüm sistemin bileşke kuvvetinin sıfır olduğu anlamına gelir.

Toplamda Newton’un üç yasası vardır; bunlardan birine eylemsizlik ilkesi de denir, ikinci yasa veya dinamiğin temel ilkesi ve üçüncü yasa veya etki ve tepki ilkesi de denir.

Mantıksal olarak, üç yasaya fizikçi Isaac Newton’un adı verilmiştir çünkü bunları Doğa Felsefesinin Matematiksel İlkeleri adlı çalışmasında açıklayan ilk kişi odur. Bu yayın fiziğin temel direklerinden biri olarak kabul edilir.

Newton’un Birinci Yasasına Örnekler

Newton’un birinci yasasının (veya eylemsizlik yasasının) tanımını göz önünde bulundurarak, aşağıda bu kuralın birkaç örneğini analiz edeceğiz.

Newton’un birinci yasasının açık bir örneği, yerde duran bir kanepedir. Kanepe üzerine herhangi bir kuvvet uygulanmadığı takdirde hareket etmeyecek ve sabit kalacaktır. Ancak kanepe yeterince büyük bir kuvvetle itilirse kanepe hız kazanacak ve dolayısıyla hareket durumu değişecektir.
Newton’un birinci yasasının bir başka örneği, uzayda sabit bir hızla hareket eden bir uzay sondasının örneğidir. Gezegenlerin çekim etkisi aşıldığında uzayda sürtünme veya başka bir kuvvet kalmaz. Bu nedenle, bir uzay sondası uzayda sabit bir hızla hareket eder çünkü ona etki eden bir kuvvet yoktur.
Sabit hızla hareket eden bir araba aynı zamanda Newton’un birinci yasasına (ya da eylemsizlik yasasına) bir örnektir, çünkü ivmelenmeden hareket etmek için ortaya çıkan kuvvetin sıfır olması gerekir. Araba ileri doğru hareket ettiğinde, harekete karşı bir sürtünme kuvveti ona etki eder, dolayısıyla sabit bir hızda hareket etmek için arabanın motorunun aynı büyüklükte ve yönde ancak ters yönde bir kuvvet uygulaması gerekir. Bu şekilde iki kuvvet birbirine karşı çıkar ve araba aynı hızda hareket eder.

Newton yasasının ilk formülü

Newton’un birinci yasası kavramını derinleştirmek için bu bölümde söz konusu yasanın ifade edilebileceği formülü göreceğiz.

Matematiksel olarak Newton’un birinci yasasının formülü, bir sistemin kuvvetlerinin toplamı sıfırsa, söz konusu sistemin ivmesinin de sıfır olacağını belirtir. Bunun tersi de doğrudur.

$\displaystyle \sum F=0 \ \Leftrightarrow \ \frac{dv}{dt}=0$

Benzer şekilde, eğer kuvvetlerin toplamı sıfırsa, bu momentumun (veya doğrusal momentumun) sabit olduğu anlamına gelir.

$\displaystyle \sum \vv{F}=0 \ \Leftrightarrow \ \vv{p}=\text{constant}$

Her halükarda bu ifadeler cebir yoluyla yasayı ifade etmekten başka bir işe yaramaz. Önemli olan Newton’un birinci yasasının anlamını anlamanız ve bunun doğru olması için tüm kuvvetlerin toplamının sıfır olması gerektiğidir.

Newton’un birinci yasasının çözülmüş alıştırmaları

1. Egzersiz

Bir asansörün 7 kg’lık bir nesneyi kaldırmak için ne kadar kuvvet uygulaması gerekir?

çözümü gör

Bu sorunu çözmek için yapmamız gereken ilk şey, Dünya’nın cisme uyguladığı yerçekimi kuvvetini hesaplamaktır. Bunu yapmak için ağırlık kuvveti formülünü kullanırız:

$P=m\cdot g=7\cdot 9,81=68,67 \ N$

Yani Newton’un birinci kanununa göre asansör yukarıya doğru 68,67 N’luk bir dikey kuvvet uygularsa ortaya çıkan kuvvet sıfır olacağından cisim sabit kalacaktır. Bu nedenle asansörün yükselmeye başlayabilmesi için 68,67 N’den daha büyük bir kuvvet uygulaması gerekir.

Alıştırma 2

Bir asansör kütlesi 100 kg olan bir cismi kaldırıyor. Herhangi bir anda harekete karşı gelen sürtünme kuvveti 300 N ve kablonun yukarıya doğru uyguladığı kuvvet 1100 N’dir. Asansör hızlanıyor mu, yavaşlıyor mu yoksa sabit hızla mı hareket ediyor?

çözümü gör

Öncelikle Dünya’nın vücuda uyguladığı çekim kuvvetini ağırlık formülüyle hesaplıyoruz:

$P=m\cdot g=100\cdot 9,81=981 \ N$

Yani asansörü aşağıya çeken kuvvetlerin toplamı:

$F_{\text{down}}=300+981=1281 \ N$

Asansörü yukarıya iten tek kuvvet ise halat kuvvetidir.

$F_{\text{up}}=1100 \ N$

Yani aşağı doğru olan kuvvetlerin toplamı yukarı doğru olan kuvvetlerden daha büyük olduğundan asansör bu noktada yavaşlar.

$F_{\text{down}}>F_{\text{up}} \ \longrightarrow \ \text{freins d’ascenseur}” title=”Rendered by QuickLaTeX.com” height=”19″ width=”282″ style=”vertical-align: -6px;”></p> </p> <div class=$

Alıştırma 3

Kütlesi 60 kg olan bir kutu yerle 30 derecelik açı yapan bir halatla sürükleniyor. Kutuyu 10 m/s sabit hızla hareket ettirmek için ipe 120 N’luk bir kuvvet uygulanması gerekiyorsa, kutu ile yer arasındaki kinetik sürtünme katsayısının yaklaşık değeri nedir?

Uygulanan kuvvetin eğim açısını bildiğimizden, trigonometrik oranları kullanarak onu dikey kuvvet ve yatay kuvvet olarak ayırabiliriz:

Diğer taraftan Dünya’nın kutuya uyguladığı ağırlığın kuvvetini de hesaplıyoruz:

Gösterilen F _x ve F _y kuvvetlerinin sadece 120 N’luk kuvvetin ayrışımı olduğunu, yani aynı anda etki etmediklerini, bunun yerine iki kuvvetin 120 N’luk kuvvetin yerini aldığını unutmayın.

Kutu sabit bir hızla hareket ettiğinden bu onun dengede olduğu anlamına gelir, dolayısıyla egzersizi çözmek için denge koşullarını uygulayabiliriz. Normal kuvveti bulmak için öncelikle dikey denge denklemini kuruyoruz:

Ve son olarak sürtünme katsayısını belirlemek için yatay denge denklemine dikkat edelim: