Fizik I · 10. Ünite: Dönme Hareketi

Dönme ve Öteleme Hareketi; Yuvarlanma

Tekerlek, silindir, bilye ve top gibi cisimler yolda ilerlerken hem ötelenir hem döner. Bu konuda kaymadan yuvarlanmanın kinematiğini ($v_{KM}=\omega R$), enerjisini ($K=\tfrac12Mv_{KM}^2+\tfrac12I_{KM}\omega^2$) ve eğik düzlemdeki dinamiğini ($a=g\sin\theta/(1+I/MR^2)$) bir bütün olarak kurarsınız. Sonunda hangi cismin eğik düzlemden önce ineceğini hesapsız tahmin edebilir, yuvarlanmanın sürtünme gereksinimini ve düşey çemberde (loop) kalma koşulunu nicel olarak çözebilirsiniz.

Öğrenme hedefleri

Konu anlatımı

  1. Bağlam: Aynı Yokuş, Farklı Varış Zamanları

  2. Kaymadan Yuvarlanmanın Kinematiği

  3. Yuvarlanmanın Enerjisi

  4. Eğik Düzlemde Yuvarlanmanın Dinamiği

  5. Çözümlü Örnekler

  6. Grafik ve Tablo Yorumu: Yarış Simülasyonu

  7. Sık Yapılan Hatalar ve Kavram Yanılgıları

  8. Özet ve Bağlantılar

Anahtar terimler

Kaymadan yuvarlanma (rolling without slipping)
Temas noktasının zemine göre anlık hızının sıfır olduğu yuvarlanma; $v_{KM}=\omega R$.
Anlık dönme ekseni
Yuvarlanan cismin o an saf dönme yaptığı eksen; temas noktasından geçer.
Şekil katsayısı $k$
$I_{KM}=kMR^2$ ile tanımlanır; küre 2/5, silindir 1/2, halka 1.
Statik sürtünme (static friction)
Temas noktasında kaymayı önleyen kuvvet; kaymadan yuvarlanmada iş yapmaz.
Kinetik enerji bölüşümü
$K=\tfrac12Mv^2(1+k)$; dönme payı $k/(1+k)$, öteleme payı $1/(1+k)$.
Patinaj (slipping)
$v_{KM}<\omega R$ olduğunda tekerleğin yerde kayması; kinetik sürtünme ve enerji kaybı olur.
Düşey çember (loop)
Cismin çember içinde kalabilmesi için tepede $v^2\ge gR$ koşulu gerekir.

Örnek soru

Yarıçapı $0.35\,\text{m}$ olan bir tekerlek, kaymadan yuvarlanırken $20\,\text{rad/s}$ açısal hızla dönmektedir. Tekerleğin en üst noktasının yere göre hızı kaç $\text{m/s}$'dir?

  1. 0
  2. 7.0
  3. 3.5
  4. 28.0
  5. 14.0

Doğru cevap: E

Çözüm

1. Kaymadan yuvarlanma: $v_{KM}=\omega R=20\times0.35=7.0\,\text{m/s}$.
2. Üst nokta: $v=v_{KM}+\omega R=2v_{KM}=$ 14.0 m/s.
Çeldiriciler: $0$ temas noktasının, $7.0$ merkezin hızıdır; $28.0$ üst noktanın hızını iki kez katlamaktır; $3.5$ ise $\omega R/2$ almaktır.

Fizik I: tüm konular