Fizik I · 11. Ünite: Açısal Momentum; Genel Dönme

Bir Parçacığın Açısal Momentumu

Dönmeyen, düz bir çizgide giden bir parçacığın bile belirli bir noktaya göre açısal momentumu olabilir. Bu bölümde tek bir parçacık için $\vec{\ell} = \vec{r}\times\vec{p}$ tanımını yapar, büyüklüğünü "dik uzaklık" ($\ell = m v b$) ile yorumlar, torkla ilişkisini $\vec{\tau}_{net} = d\vec{\ell}/dt$ olarak türetir ve düz çizgide hareket, dairesel hareket, eğik atış ve merkezcil kuvvet altındaki hareket gibi örneklerde hesaplar. Böylece açısal momentumun yalnızca dönen katı cisimlere ait olmadığını, referans noktasına bağlı genel bir hareket büyüklüğü olduğunu görürsünüz.

Öğrenme hedefleri

Konu anlatımı

  1. Bağlam: Dönmeden de Açısal Momentum Olur

  2. Tanım, Büyüklük ve Yön

  3. Türetme: Tek Parçacık İçin τ = dℓ/dt

  4. Çözümlü Örnekler

  5. Korunum Uygulaması: Merkezcil Kuvvet ve Kepler

  6. Grafik ve Tablo Yorumu

  7. Sık Yapılan Hatalar ve Kavram Yanılgıları

  8. Bağlantılar ve Özet

Anahtar terimler

Parçacığın açısal momentumu
Bir noktaya göre $\vec{\ell} = \vec{r}\times\vec{p}$; büyüklüğü $m v b$.
Dik uzaklık (impact parameter, $b$)
Referans noktasından parçacığın hareket doğrusuna indirilen dikmenin uzunluğu: $b = r\sin\phi$.
Referans noktası (origin)
Konum vektörünün ve açısal momentumun hesaplandığı sabit nokta; seçim sonucu değiştirir.
Merkezcil kuvvet (central force)
Her zaman sabit bir merkeze doğru (ya da ters yönde) etki eden kuvvet; merkeze göre tork sıfırdır.
Alan hızı (areal velocity)
Konum vektörünün birim zamanda süpürdüğü alan: $dA/dt = \ell/2m$.
Net tork
Aynı referans noktasına göre dış kuvvetlerin torklarının toplamı: $\vec{\tau}_{net} = d\vec{\ell}/dt$.
Doğrusal momentum
$\vec{p} = m\vec{v}$; açısal momentum bu vektörün konumla vektörel çarpımıdır.

Örnek soru

Kütlesi $3\,\text{kg}$ olan bir parçacık, $O$ noktasından $1.2\,\text{m}$ uzaktaki bir doğru boyunca $5\,\text{m/s}$ sabit hızla gitmektedir. Parçacığın $O$'ya göre açısal momentumunun büyüklüğü kaç $\text{kg}\cdot\text{m}^2/\text{s}$'dir?

  1. $15.0$
  2. $6.0$
  3. $18.0$
  4. $25.0$
  5. $75.0$

Doğru cevap: C

Çözüm

1. Hareket doğrusunun referans noktasına dik uzaklığı $b = 1.2\,\text{m}$'dir.
2. $\ell = m v b = 3\cdot 5\cdot 1.2 = \mathbf{18.0\,kg\cdot m^2/s}$. Doğru cevap C.
3. $15.0$ yalnızca doğrusal momentumdur ($p = mv$), uzaklık hesaba katılmamıştır; $6.0$ ise kütlenin unutulduğu $v b$ çarpımıdır; $75.0$ ise $m v^2 b$ hatasıdır.

Fizik I: tüm konular