Bu makale fizikte teğetsel kuvvetin ne olduğunu açıklamaktadır. Böylece teğetsel kuvvetin anlamını, teğetsel kuvvetin nasıl hesaplanacağını ve çözülmüş bir alıştırmayı keşfedeceksiniz.
Teğetsel kuvvet nedir?
Teğetsel kuvvet, düzgün olmayan bir dairesel hareketi tanımlayan bir cisme etki eden bir kuvvettir. Spesifik olarak teğet kuvvet, cismin dairesel yoluna teğettir ve cismin hızının büyüklüğünü değiştirmesine neden olan kuvvettir.
Dolayısıyla teğetsel kuvvet, dairesel bir yolu tanımlayan bir cismin teğetsel hızını değiştiren kuvvettir.
Örneğin, hareket eden bir cisim dairesel bir hareket yapıyorsa ve ona etki eden teğetsel kuvvet pozitifse, hareket eden cismin teğetsel hızı artacaktır, bu da hareket eden cismin giderek daha hızlı döneceği anlamına gelir.
Önceki görüntüde görebileceğiniz gibi teğet kuvvet (F t ) dairesel hareket yapan cismin yoluna teğettir. Buna karşılık, merkezcil kuvvet ( Fc ) teğetsel kuvvete diktir ve dairesel yolun merkezine doğru işaret eder. Aşağıda teğetsel kuvvet ile merkezcil kuvvet arasındaki farkların neler olduğunu göreceğiz.
Bir MCU’da teğetsel kuvvetin sıfır olduğunu unutmayın; çünkü bu durumlarda açısal hız sabittir ve dolayısıyla teğetsel hız değerini değiştirmez.
Teğetsel kuvvet formülü
Teğetsel kuvvet, mobilin kütlesinin teğetsel ivmeyle çarpımına eşittir. Teğetsel kuvvet ayrıca cismin kütlesinin açısal ivmeyle dairesel yolun yarıçapıyla çarpılmasıyla da hesaplanabilir.
Bu nedenle teğetsel kuvvetin formülü aşağıdaki gibidir:
Altın:
-
teğetsel kuvvettir.
-
dairesel bir hareketi tanımlayan hareketli cismin kütlesidir.
-
teğetsel ivmedir (veya doğrusal ivmedir).
-
teğetsel hızın (veya doğrusal hızın) değişimidir.
-
zamansal değişimdir.
-
açısal ivmedir.
-
dairesel hareket yolunun yarıçapıdır.
Teğetsel kuvvetin değeri şu şekilde yorumlanmalıdır:
- F t >0 : Eğer teğetsel kuvvet pozitifse bu, hareketlinin hızının büyüklüğünün zamanla arttığı anlamına gelir. Bu nedenle hareketli, pozitif açısal ivmeye sahip dairesel bir hareketi tanımlar.
- F t <0 : Eğer teğetsel kuvvet negatifse bu, mobilin hızının genliğinin zamanla azaldığı anlamına gelir. Bu nedenle hareketli, negatif açısal ivmeye sahip dairesel bir hareketi tanımlar.
- F t =0 : teğetsel kuvvet sıfıra eşitse bu, hareketlinin hızının büyüklüğünün sabit olduğu anlamına gelir. Bu nedenle mobil, düzgün bir dairesel hareketi (MCU) tanımlar.
Teğetsel kuvvet hesaplama örneği
Teğetsel kuvvetin tanımını ve formülünün ne olduğunu gördükten sonra bu tür kuvvetin nasıl hesaplandığına dair çözümlü bir örnek göreceğiz.
- Kütlesi m=7 kg olan hareketli bir cisim, düzgün hızlanan bir hızla dairesel bir hareketi tanımlar. t i = 2 s zamanında teğetsel hızı 5 m/s’dir ve t f = 6 s zamanında teğetsel hızı 11 m/s’dir. Mobil cihaza etki eden teğetsel kuvvet nedir?
Teğetsel kuvveti bulmak için önceki bölümde görülen formülü uygulamalıyız:
Bu durumda, sorun bize zaten gerekli tüm verileri sağlıyor, bu nedenle değerleri formülde yerine koyuyoruz ve teğetsel kuvveti hesaplıyoruz:
Sonuç olarak, teğetsel kuvvet, hareketli cismin hızının düzgün bir şekilde artmasına neden olacak, böylece hareketli cisim, düzgün hızlandırılmış dairesel hareket (MCUA) gerçekleştirecektir.
Teğetsel kuvvet ve merkezcil kuvvet
Son olarak teğetsel kuvvet ile merkezcil kuvvet arasındaki farkın ne olduğunu göreceğiz çünkü bunlar dairesel hareketlerde ortaya çıkan iki kuvvettir.
Merkezcil kuvvet, cismin dairesel hareketle yön değiştirmesine neden olan kuvvettir. Merkezcil kuvvet, dairesel hareketlerde ortaya çıkan ve dairesel yolun merkezine doğru işaret eden radyal bir kuvvettir.
Teğetsel kuvvet ile merkezcil kuvvet arasındaki fark, teğetsel kuvvetin mobilin dairesel bir hareketi tanımlayan hız modülünü değiştirmesi, diğer yandan merkezcil kuvvetin mobilin hızının yönünü değiştirmesidir.
Ek olarak, merkezcil kuvvet her türlü dairesel harekette ortaya çıkar, çünkü mobilin dairesel bir yörünge gerçekleştirmesine neden olan kuvvettir. Ancak dairesel hareket düzgün olduğunda hareketli cismin hızı sabit olduğundan teğetsel kuvvet sıfırdır.