Bu yazımızda fizikte atalet kavramının açıklamasını ve özelliklerini bulacaksınız. Çeşitli örneklerin yanı sıra mevcut olan farklı atalet türlerini bulacaksınız. Son olarak, anlamlarını daha iyi anlamanız için size birkaç ilgili kavramı da gösteriyoruz.
Fizikte atalet nedir?
Fizikte eylemsizlik, cisimlerin hareket veya dinlenme durumlarında kalma özelliğidir. Basitçe söylemek gerekirse atalet, cisimlerin hız veya yön olsun, hareket durumlarını değiştirmeye çalışırken gösterdikleri dirençtir.
Bu nedenle, bir vücut veya sistem ne kadar hareketsizse, hareket veya dinlenme durumunu değiştirmek o kadar zor olur. Bu, söz konusu hareket durumunu değiştirmek için daha büyük bir kuvvetin uygulanması gerektiği anlamına gelir.
Örneğin, düzgün doğrusal hareketle (sabit hız) hareket eden bir cisim, cismin eylemsizliği ne kadar fazla olursa, hızını değiştirmekte o kadar zorluk çekecektir. Aksine, eğer eylemsizliği azsa, dışarıdan bir kuvvet uygulayarak hızını değiştirmek nispeten kolay olacaktır.
Atalet türleri
Fizikte atalet farklı tiplere ayrılabilir:
- Termal atalet : Bir cismin veya sistemin sıcaklığını değiştirmenin zorluğudur, bu tür atalet, cismin veya sistemin termal kapasitesine bağlıdır. Bu nedenle termal ataleti yüksek olan bir cismi ısıtmak veya soğutmak zor olacaktır.
- Mekanik atalet : Bir cismin veya sistemin hareket veya dinlenme durumunu değiştirme zorluğundan oluşur, cismin veya sistemin kütlesine ve dağılım şekline bağlı olarak değişir. Mekanik atalet dört alt türe ayrılabilir:
- Statik atalet : Duran cisimlerin eylemsizliğidir.
- Dinamik atalet : Hareket eden cisimlerin sergilediği atalettir.
- Öteleme eylemsizliği : Hareket eden cisimlerde görülen eylemsizliktir.
- Dönme eylemsizliği : Dönen yani kendi etrafında dönen cisimlerin sahip olduğu eylemsizliktir.
Atalet örnekleri
Ataletin fizikteki tanımını gördükten sonra kavramı daha iyi anlamak için birkaç örnek göreceğiz.
- Örneğin, bir cismi hareket ettirmek için ona uygulanması gereken kuvvet, onun ataletine bağlıdır. Ağırlığı ne kadar büyük olursa, eylemsizliği de o kadar fazla olacak ve dolayısıyla onu hareket ettirmek o kadar zor olacaktır. Öte yandan hafif bir nesneyi hareket ettirmek kolaydır.
- Ataletin etkilerine bir başka örnek de arabanın frenlenmesidir. Eğer araba yüksek hızda gidiyorsa, ataleti daha büyük olacak ve dolayısıyla onu frenlemek için daha fazla kuvvet gerekecektir.
- Son olarak, bir çocuğu salıncakta itmeye çalışırken, eğer çocuk çok ağırsa, eylemsizliği daha fazla olduğundan bunu yapmak daha zordur. Bu durum, salınımın salınım ekseni etrafında dönmesi nedeniyle dönme ataletinin bir örneği olabilir.
Atalet ilkesi
Newton’un birinci yasası olarak da adlandırılan eylemsizlik ilkesi şunları belirtir:
Bir cisim üzerine herhangi bir dış kuvvet etki etmediği sürece hareketsiz kalır veya sabit hızda kalır. Bu nedenle bir cismin hareket veya dinlenme durumunu değiştirmek için bir cismin üzerine bir kuvvet uygulanması gerekir.
Atalet ilkesinin açık bir örneği, yerde kalan herhangi bir nesnedir, çünkü nesne, üzerine bir kuvvet etki edene kadar hareket etmeyecektir.
Adından da anlaşılacağı gibi bu yasa ilk olarak klasik mekaniğin temellerini atan fizikçi Isaac Newton tarafından formüle edildi.
atalet kuvvetleri
Atalet kuvvetleri, fizikte bir nesneyi eylemsiz olmayan bir referans sistemi üzerinde, yani hızının büyüklüğünü veya yönünü değiştiren bir referans sistemi üzerinde incelediğimizde ortaya çıkan hayali kuvvetlerdir.
Başka bir deyişle bunlar, fizik yasalarına, özellikle de her türlü sistemin yanıt vermesi gereken denklemlere saygı gösterilmesi için “icat edilen” bir tür kuvvettir:
Mantıksal olarak, eylemsizlik kuvvetleri yalnızca dönen bir platform gibi eylemsiz olmayan referans çerçevelerinde dikkate alınmalıdır. Örneğin zemini referans sistemi olarak kullanırsak (tipik referans sistemi), bu tür kuvvetleri dahil etmemize gerek yoktur.
Atalet momenti
Atalet momenti, bir cismin veya sistemin dönme ataletini ölçmenin bir yoludur. Dolayısıyla eylemsizlik momenti, bir cismin veya sistemin kütlelerinin dönme eksenine göre dağılımını gösterir.
Bu nedenle eylemsizlik momenti cismin veya sistemin geometrisine ve dönme ekseninin konumuna bağlıdır.
Bir sistemin eylemsizlik momentini hesaplama formülü şöyledir:
Burada m i sistemdeki her parçacığın kütlesidir ve r i her parçacık ile dönme ekseni arasındaki minimum mesafedir.
Atalet momentinin birimi kg m 2’dir .