5.1 Çembersel Hareket ve Eylemsizlik

5.1 Çembersel Hareket ve Eylemsizlik
 İvmeli (eylemli) bir gözlem (referans) çerçevesindeki gözlemci Newton’ un II. Yasasını
nasıl açıklar?
Farklı eylemsiz gözlem çerçevelerinde bulunan gözlemciler, bir cisme etkiyen net kuvveti
aynı ölçerler, çünkü bu cismin farklı eylemsiz gözlem çerçevelerinden ölçülen ivmesi aynıdır.
(bknz: Bölüm 4, Bağıl Hareket).

Bir cisim, eylemsiz gözlem çerçevesinde bulunan bir gözlemciye göre a ivmesi ile hareket


ediyorsa, bu eylemsiz gözlem çerçevesindeki gözlemci Newton’ un II. Yasasını (  F  ma
ifadesini) doğru olarak açıklar. Ancak, ivmeli (eylemli) bir gözlem (referans) çerçevesindeki
gözlemci Newton’ un II. Yasasını uygulamak isterse hayali (yalancı, sanki) kuvvetlerle
karşılaşır. Bu kuvvetler sadece ivmeli bir gözlem çerçevesi için kullanılır. İvmeli gözlem
çerçevesinde bulunan gözlemci bu kuvveti hisseder.
Örneğin; aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi, cadde kenarında durmakta olan bir kadın ve
köşeyi dönmekte olan bisikletli çocuğu dikkate alalım.
Şekil, Kaynak [1]’ den alınmıştır.
Kadın trafik levhasına göre hareketsiz konumdadır.
Kadın levhaya net bir kuvvet etkimediğini söyler.
Köşeyi dönen bisikletli çocuğa göre (çocuğun
bulunduğu koordinat sisteminde) levha hareketsiz
değildir. Çocuk köşeyi dönerken levhanın doğrusal
olmayan bir yol üzerinde hareket ettiğini görür.
Trafik levhasının izlenen yörüngesindeki bu
değişim bir ivmenin varlığını gösterir. Çocuk bu
ivmenin (ya da ivmeye neden olan kuvvetin)
kaynağını bilemez. Çocuğun bu kuvvetin
kaynağını belirlemedeki yanılgısı ivmenin eylemli
bir gözlem çerçevesinden gözlenmesidir.
İkinci bir örnek olarak, bir arabanın sola doğru olan bir virajı aldığını düşünelim. Araba,
virajda sola doğru keskin bir dönüş yaparken, yolcular sağa doğru kayarlar ve arabanın
kapısına çarparlar. Kapının yolcuya uyguladığı kuvvet, yolcunun dışarıya fırlamasını engeller.
Yolcunun bulunduğu ivmeli gözlem çerçevesinde, yolcu hayali bir
kuvvetle (merkezkaç kuvvet olarak adlandırılan) sağa doğru
itildiğini düşünür.
Şekil, Kaynak [2]’ den alınmıştır.
Çembersel yörüngede hareket eden bir cisme “merkezkaç kuvvet”
denilen, merkezden dışa doğru bir kuvvet etkidiği gibi yanlış bir
kanı vardır. “Merkezkaç kuvvet” kavramını kullanmaktan sakının!
Esasında cisme etkiyen böyle bir kuvvet yoktur. Bu sadece ivmeli
gözlem çerçevesinde hayali bir kuvvettir.
A. Ozansoy, 2014
1
Burada gerçekleşen olay şöyledir: Araba viraja girmeden önce doğrusal bir
yolda ilerlemektedir. Viraja girince eğrisel bir yörüngeye girer. Newton’ un
I. Yasası olan eylemsizlik yasasına göre araba içindeki yolcular, doğrusal
yörüngeye devam etme eğilimindedirler.
Arabayı çembersel yörüngeye zorlayan merkezcil kuvvet, lastikler ile yol
arasındaki sürtünme kuvvetidir. Eğer, yolcu ile oturduğu koltuk arasındaki
sürtünme kuvveti yeterince büyükse, yolcu araba ile birlikte eğrisel
yörüngede hareket eder; yani arabanın kazandığı merkezcil ivmeyi yolcular
da kazanır. Eğer, yolcu ile koltuk arasındaki sürtünme kuvveti yeterince
büyük değilse, yolcu sağa doğru kayıp kapı ile karşılaşır. Kapı da yolcuya
Newton’ un III. Yasası gereği (etki-tepki yasası) bir tepki kuvveti uygular.
Şekiller, Kaynak [2]’ den alınmıştır.
Özetle, virajı alan yolcunun kaymasının sebebi “merkezkaç kuvvet” değil, yolcuya arabanın
izlediği eğrisel yörüngeyi araba ile beraber alacak kadar yeterli sürtünme kuvvetinin
etkimemesidir.
Örnek 6.14 (Serway&Beichner, Örnek 6.10): m kütleli bir blok bir iple döner masanın
merkezine bağlanmıştır.
Eylemsiz gözlemci, merkezcil ivmenin ipteki T gerilmesinden kaynaklandığını söyler.
Dönen masa üzerindeki eylemli (ivmeli) gözlemci ise m kütleli bloğu durgun görür. Bu
gözlemciye göre ipteki merkeze yönelmiş gerilmeyi dengeleyen dışa doğru mv2/r
büyüklüğünde hayali bir kuvvet görür.
Kaynaklar:
1. Temel Fizik Cilt-I, P.M. Fishbane, S. Gasiorowicz ve S.T. Thornton, Bölüm-4, syf. 92-93.
2. Fen ve Mühendislik için Fizik Cilt-I, R.A. Serway ve R.J. Beichner, Bölüm-6, syf. 160-163.
3. http://biltek.tubitak.gov.tr/merak_ettikleriniz//index.php?kategori_id=4&soru_id=3427
A. Ozansoy, 2014
2