Eylemsizlik nedir? Örnekler ve Gösteri Deneyleri

Eylemsizlik cisimlerin hareket durumlarını koruma eğilimidir. Hareket durumu bir cismin hızı (sürati ve yönü) demektir. Maddenin doğal hareket durumu durmak ya da sabit hızla hareket etmektir. Eğer bir cismin üzerindeki bileşke kuvvet sıfırsa cisim doğal hareket halinde bulunur, durur ya da düzgün doğrusal hareket yapar, ivmesi sıfır olur. Cisimlerin bu doğal hareket halini ancak uygulanan net kuvvet bozar. Cisme net kuvvet uygulandığında hareket durumunun nasıl değiştiğini Newton’un İkinci Hareket Kanunu açıklar. Eylemsizlik Newton’un Hareket Yasalarının ilkidir.

Dengelenmiş Kuvvetlerin Etkisinde Hareket

Önce eylemsizlik ilkesini gösteren şu kavram haritasına bir bakalım.

Aşağıdaki video eylemsizliği özetliyor. Videodaki Kuvvet Hareket PHET simülasyonuyla oynamak isteyebilirsiniz.

Eylemsizlik ve Günlük Hayat Örnekleri

Duran bir cismin durmaya devam etmesi

Durmakta olan bir cismin durmaya devam etmesini anlamak çok zor değildir. Çevremizde gördüğümüz nesneler duruyorlarsa, dışarıdan itilip çekilmedikçe durmaya devam eder. Örneğin, masanın üstünde bir kitap duruyorsa,kimse kitabı itmezse ya da çekmezse, durmaya devam eder. Hareketin ne olduğunu hatırlamak isteyebilirsiniz.

Sabit hızla hareket eden bir cismin hareketini durumunu koruması

Eylemsizliğin ikinci durumunu anlamak hayal gücü gerektirebilir. Çünkü çevremizde sabit hızla hareket eden nesneler pek bulunmaz. Şöyle bir örnek verebiliriz: Uzayda bir astronot elindeki bir topu fırlatırsa bu top sonsuza kadar aynı hızla gitmeye devam eder. Uzayda hava sürtünmesi olmadığını biliyoruz ayrıca topun yakınında bir gezegen ya da yıldız olmadığını varsayıyoruz.

Eylemsizliği görmek için mutlaka uzaya gitmek gerekmez. Yeryüzünde de eylemsizliği görebiliriz. Buna bir örnek olarak hava hokeyi oyunu ele alabiliriz. Eğer hava hokeyi masasında diski yavaşça itip bırakırsanız, siz itmeyi bıraktıktan sonra disk masanın kenarına çarpana kadar, diskin neredeyse sabit bir hızla gittiğini görebilirsiniz. Eğer bu çok uzun bir masa olsaydı, diskin uzunca bir süre sabit hıza yakın bir hızla gittiğini gözlemleyebilirdik. Sürtünme kuvvetinin etkisi günlük yaşamda sabit hızla hareketi görmemizi engeller.

Eylemsizlik ilkesi yalnızca yeryüzünde ya da uzayda değil, hareket eden bir aracın içinde de geçerlidir. Hareket eden bir aracın içindeki bir cisim dengelenmiş kuvvetlerin etkisindeyse, hareket durumunu korur.

Hareket eden araçların içinde eylemsizlik

Bir trene binsek acaba trenin içinde cisimler nasıl hareket ederdi?

• Trenin içinde yere bir top koyarsak, tren dururken top da durur.
• Tren hızlanmaya başlayınca, top ilk konumunu korur. Bu nedenle trenin arkasına doğru hareket ediyor gibi görünür. Ama aslında dışardan bakan birine göre, top olduğu yerde durur. Hareket eden trendir.
• Eğer tren sabit hızla giderken yere bir kaykay koyarsak kaykay trene göre duruyormuş gibi görünür. Ama dışarıdan bakan birine göre trende kaykay da aynı hızla hareket etmektedir. Ama tren durmaya başlarsa, kaykay hareketine devam eder. Bu nedenle trene göre ileri doğru gidiyormuş gibi görünür. Oysa hareketi değişen trendir. Dışarıdan bakan biri kaykayın sabit hızla hareket ettiğini, trenin yavaşladığı için kaykaya göre geriye doğru hareket ettiğini görür.

Otobüste rahatça yolculuk edebilmemizin nedeni otobüsün ve içinde bulunan bizlerin çoğu zaman sabit hızla aynı yönde hareket ediyor olmamızdır. Hatırlarsanız, eylemsizlik ilkesi bir şeyin sabit hızla aynı yönde gittiğinde üzerindeki net kuvvetin sıfır olduğunu söylüyordu. Sabit hızla gidiyorsanız, üstünüze uygulanan sizi rahatsız edecek bir kuvvet olmaz. Eğer hareket ettiğinizi anlamıyorsanız, sabit hızla aynı yönde gidiyorsunuz demektir. Ama otobüs şoförü gaza basıp hızlanırsa geriye doğru, frene basıp yavaşlarsa öne doğru, virajda dönmeye başlarsa da dışarı doğru itildiğimizi hissederiz. Otobüsün hareket durumu değişince, yani sabit hızla aynı yönde gitmeyi bırakınca, biz sabit hızla gitmeye bir süre devam ederiz, ama sonuçta otobüsteki koltuk bize de kuvvet uygular.

Arabalarda emniyet kemeri takmanın nedeni de eylemsizliktir. Eğer araç sabit hızla gitmeyip çok hızlı ivmelenirse, bedeniniz hareketini korumak ister. Bu, sizin araç ivmelenmeden önceki hızınızdır. Özellikle araç çok çabuk yavaşlarsa, örneğin bir yere çarpıp durursa, bedeniniz hareketini koruduğunuz için kendinizi öne doğru itilmiş gibi hissedersiniz. Araba durur ama bedeniniz hareket etmeye devam eder. Aslında siz ileri gitmezsiniz; araç size göre geriye gelir.

Eylemsizlik Gösteri Deneyleri

Eylemsizlik cisimlerin hareket durumlarını koruma eğilimleridir. Bu videodaki altı farklı gösteri deneyi, maddenin eylemsizlik özelliğini anlamamıza yardımcı olabilir.

1. Bardağa düşen bozuk para

Bu gösteride bir bardağın ağzına konulmuş bir kart ve kartın üstüne konulmuş bir bozuk para bulunuyor. Kart hızla çekildiği zaman bozuk para yatay yöne göre olduğu yerde kalıp, bardağın içine düşüyor. Kart sağa doğru hareket ederken, bozuk para sağa hareket etmiyor. Eylemsizlik ilkesiyle ilişkisi de zaten yatay yönde hareket etmemesiyle ilgili. Bozuk para başlangıçta yatay yönde hareket etmiyordu, kart çekildikten sonra da yatayda hareket etmemeye devam etti. Düşey yönde hareket etmesinin nedeni ise Dünya’nın yer çekiminin bozuk parayı aşağıya doğru çekmiş olması. Bozuk para sanki olduğu yerde serbest bırakılmış gibi tam bardağın içine düşüyor.

2. Masa örtüsünü çekme numarası

Bir masanın üstünde bir masa örtüsü, masa örtüsünün üstünde de tabak, bardak ve kaseler bulunuyor. Masa örtüsü hızla çekildiği zaman, masa örtüsü hareket ediyor ama tabak, bardak ve kaseler oldukları yerde kalıyor. Eylemsizlik ilkesi kendisini tabak, bardak ve kaselerin masa örtüsünde dururken örtü çekildiğinde de durmaya devam etmesi şeklinde gösteriyor.

3. Şişeye düşen küp şeker

Bu gösteride bir şişe, üstüne yerleştirilmiş bir halka (ince bir tahta kasnak) ve halkanın üstüne konulmuş bir küp şeker var. Halka hızla çekildiği zaman küp şeker doğrudan şişenin içine düşüyor. Bu gösteri, bardağın içine düşen para gösterisinin bir çeşitlemesi. Halka çekilince küp şeker yatayda hareket etmiyor. Yalnızca yer çekiminden dolayı düşeyde hareket edip şişenin tam içine düşüyor. Eylemsizlik ilkesine göre bir cisim dengelenmiş kuvvetlerin etkisindeyken duruyorsa durmaya devam etmelidir. Yatayda düşünürseniz, küp şeker de eylemsizlik ilkesinin öngördüğü şekilde hareket durumunu koruyor. Küp şeker yataya göre duruyordu durmaya devam etti. Düşeyde ise, sanki küp şekeri serbest bırakılmış gibi hareket etti.

4. Yumurtanın bardağın içine düşmesi

Bu gösteri de bir cismin üzerine yatayda net kuvvet uygulanmazsa hareket durumunu korumasıyla ilgili. Bardağa düşen bozuk para ve şişeye düşen küp şeker gösterilerinin daha dramatik bir çeşitlemesi. Uzunca bir bardağın üstüne bir tepsi konuluyor, tepsinin üstüne yumurtalık, yumurtalığın üstüne de bir yumurta konuluyor. Sonra tepsiyi yeterince kısa sürede itebilmek için bir süpürge sapı kullanılıyor. Süpürgenin alt kısmına ayağınızla basıp bir yay gibi ani kuvvet uygulamak için kullanıyorsunuz. Süpürge sapı tepsiye çarpınca tepsi yatay yönde hareket ediyor, yumurtalık da fırlıyor, ama yumurta yataya göre olduğu yerde kalıyor, sonra da bardağın içine düşüyor. Eylemsizlik ilkesiyle ilişkisi yumurtanın üzerinde yatay yönde net kuvvet olmadığı için hareket durumunu koruması. Yumurta sanki olduğu yerde bırakılmış gibi bardağın içine düşüyor.

5. Bıçağa saplanan elma

Bıçağa saplanan elma gösterisi diğer gösterilerden biraz farklı, düşey doğrultuda eylemsizlik ilkesi karşımıza çıkıyor. Bu gösteride bir bıçağın ucuna saplanmış bir elma var. Bıçak hızla masaya vurulduğunda, bıçak duruyor ama elma hareket etmeye devam ediyor. Bu nedenle de elma bıçakta daha derine saplanıyor. Aynı numara ayrıca oynayan çekiçlerin başlarını sapına yerleştirmek için de kullanılıyor. Çekici başı yukarıda sapı aşağıda kalacak biçimde yere vurursanız, çekiç başı sapa iyice yerleşir.

6. Tekerlekli masanın üstündeki patenli

Bu gösteride ayağında patenleri olan bir kişi tekerlekli bir masanın üstüne çıkıp ayakta duruyor. Başka kişiler masayı itip çektikleri zaman, masa ileri geri hareket ediyor, ama patenli kişi olduğu yerde kalıyor. Yatay doğrultuda eylemsizlik ilkesini iş başında görebiliyoruz. Patenli duruyordu, masa hareket edince de durmaya devam etti. Çünkü patenlinin üzerine uygulanan bir net kuvvet yok, altındaki masaya var. Gösterinin sonunda masayı hızla geriye çekiyorlar. Tıpkı bardağa düşen bozuk para gösterisinde olduğu gibi patenli kişi de yatayda aynı yerde kaldı, ama yer çekiminin etkisiyle düşeyde yere doğru hareket etti. Sanki masanın üstünden serbest bırakılmış gibi.

Bu videoda gösterilen eylemsizlik gösterilerinin ortak özelliği cisimlerin hareket durumlarını korumasıdır. Bir cisim dengelenmiş kuvvetlerin etkisindeyse, üzerindeki net kuvvet sıfırsa, duruyorsa durmaya hareket ediyorsa sabit hızla aynı yönde hareket etmeye devam eder.

Eylemsizlik ile ilgili Fizik dersi Kazanımları

9.3.3.1. Dengelenmiş kuvvetlerin etkisindeki cisimlerin hareket durumlarını örneklerle açıklar.

• İbn-i Sina’nın hareket konusunda yaptığı çalışmalara değinilir.