11. Sınıf Fizik · 1. Ünite: Kuvvet ve Hareket
Serbest Cisim Diyagramı ve Newton Yasalarının Uygulamaları
Bir cisme etki eden kuvvetler çoğu zaman birden fazladır ve farklı yönlere bakar. Serbest cisim diyagramı (SCD), bu kuvvetleri tek bir cisim üzerinde düzenli biçimde göstermenin yoludur. Bu konuda cisme etki eden kuvvetleri belirleyecek, SCD çizecek ve Newton yasalarını bu diyagram üzerinden yeniden ifade ederek yatay, eğik ve düşey hareketlerde ivmeyi bulacaksın.
Kazanımlar
- FİZ.11.1.5. Bir cisme etki eden kuvvetleri (ağırlık, normal kuvvet, gerilme, sürtünme, uygulanan kuvvet) belirler.
- FİZ.11.1.5. Cisme etki eden kuvvetleri serbest cisim diyagramı üzerinde yön ve büyüklüklerine uygun oklarla gösterir.
- FİZ.11.1.5. Serbest cisim diyagramından yararlanarak $\Sigma F = ma$ ve $\Sigma F = 0$ denklemlerini kurar, Newton yasalarını yeniden ifade eder.
- FİZ.11.1.5. Özel üçgenleri (30°, 37°, 53°, 60°) kullanarak ağırlığı eğik düzlemde paralel ve dik bileşenlerine ayırır.
- FİZ.11.1.5. Askıda cisim ve asansör örneklerinde gerilme kuvvetini ve görünür ağırlığı hesaplar.
Konu anlatımı
Neden diyagram çizeriz?
Cisme etki eden kuvvetleri belirleme
Newton yasalarını SCD ile ifade etme
Düşey hareket: ipte asılı cisim ve asansör
Eğik düzlem ve özel üçgenler
Açıyla uygulanan kuvvet
Sık yapılan hatalar ve kavram yanılgıları
Anahtar terimler
- Serbest cisim diyagramı (SCD)
- İncelenen cisme etki eden kuvvetlerin yalnızca o cisim üzerinde oklarla gösterildiği çizim.
- Ağırlık
- Dünya'nın cisme uyguladığı çekim kuvveti; $W = mg$, düşey aşağı yönlüdür.
- Normal kuvvet
- Temas yüzeyinin cisme yüzeye dik doğrultuda uyguladığı kuvvet.
- Gerilme kuvveti
- İp ya da halatın cisme uyguladığı, ip doğrultusundaki çekme kuvveti.
- Statik sürtünme kuvveti
- Cisim yüzeyde kaymıyorken harekete eğilime karşı koyan kuvvet; üst sınırı $\mu_s N$'dir.
- Kinetik sürtünme kuvveti
- Kayan cisme harekete zıt yönde etki eden kuvvet; $f_k = \mu_k N$.
- Bileşen
- Bir kuvvetin seçilen eksenler doğrultusundaki etkisini gösteren parçalar.
- Görünür ağırlık
- Tartının okuduğu kuvvet; ivmeli ortamlarda gerçek ağırlıktan farklı olabilir.
- Ağırlıksızlık
- Cisim ile destek yüzeyi aynı ivmeyle serbest düşerken normal kuvvetin sıfır olduğu durum.
Örnek soru
Sürtünmeli bir eğik düzlemde kaymadan duran bir kutu için serbest cisim diyagramı çiziliyor. Kutuya etki eden gerçek kuvvetleri doğru gösteren seçenek hangisidir?
- Ağırlık, normal kuvvet
- Ağırlık, normal kuvvet, ağırlığın paralel bileşeni
- Ağırlık, normal kuvvet, kayma kuvveti, statik sürtünme
- Ağırlık, normal kuvvet, statik sürtünme
- Ağırlık, normal kuvvet, statik sürtünme, hareket kuvveti
Doğru cevap: D
Çözüm
1. Her gerçek kuvvetin bir kaynağı vardır: Dünya (ağırlık), düzlem (normal kuvvet ve sürtünme).
2. "Kayma kuvveti" ve "hareket kuvveti" diye bir etkileşim yoktur; $mg\sin\theta$ ağırlığın bir bileşenidir, ayrı bir kuvvet değildir.
3. Kutu durduğundan düzlem boyunca statik sürtünme yukarı doğru etki eder ve paralel bileşeni dengeler.
Cevap: D. A şıkkı sürtünmeyi unutur; sürtünme olmazsa kutu dengede kalamaz. B ve C şıkları bileşeni ya da "kayma kuvvetini" ikinci kez sayar.