Kuvvet nedir? Temas gerektiren ve gerektirmeyen kuvvetler

Kuvvet iki cisim ya da sistem arasındaki etkileşimdir. En genel anlamda cisimlerin birbirini çekmesi ya da itmesidir. Dinamometre ile ölçülür. Vektörel bir büyüklüktür hem şiddeti hem yönü vardır. \vec{F} simgesiyle gösterilir ve birimi Newton (N)’dur.

Kuvvetin kendisini göremeyiz ama etkilerini görürüz:

• Bir cismin hareket durumunu değiştirebilir: bir cismi ivmelendirebilir: harekete geçirebilir, hızlandırabilir, yavaşlatabilir ve yönünü değiştirebilir. Örneğin, bir araba düz bir yolda dururken kendiliğinden hareket etmez. Arabayı harekete geçirmek için arabanın üstünde bir kuvvet olması gerekir.
• Cisimlerin şeklini değiştirebilir. Boş bir kola kutusunu düşünelim. Başlangıçta kola kutusu bozulmamış şeklinde bulunsun. Sonra birden kola kutusunun yamulduğunu ve içe çöktüğünü görürsek, kola kutusunun şeklinin böyle değişmesinin kendiliğinden olamayacağını biliriz. Kola kutusunun üstüne biri basmış olabilir ya da elinde sıkıştırmış olabilir. Üstüne basmaya ya da sıkıştırmaya kuvvet, kola kutusunun ezilmesine ve şeklinin değişmesine de kuvvetin şekil değiştirme etkisi denir.

Aşağıdaki videoda kuvvet ve etkileri kısaca örneklerle anlatılıyor.

Temas gerektiren kuvvet nedir?

Adından da anlaşılacağı gibi eğer iki cisim temas ederken birbirlerine etki ediyorlarsa, uyguladıkları temas gerektiren kuvvettir. Günlük yaşamımızda temas gerektiren kuvvetleri itme ya da çekme olarak görürüz. Örneğin:

• Masanın üstündeki bir kitabı elinizle itmek ya da çekmek için, kitaba temas etmeniz gerekir. Kitap başlangıçta duruyorsa yeterince iterseniz hareket eder.
• Yürüyebilmemiz, yerle temas eden ayaklarımız arasındaki sürtünme kuvvetinden dolayı mümkündür.
• Bir traktörün arkasındaki römorku çekebilmesi de böyledir.
• Bir futbolcu, ayağının topa uyguladığı temas gerektiren kuvvetten dolayı şut çekebilir.
• Bir asansörün kabloları asansörün kabinine temas eden kuvvet uygulayarak kabini yukarı çeker.
• Sarmal bir yayı sıkıştırmak ya da germek için yayı elinizle çekmeniz ya da itmeniz gerekir.

Temas gerektirmeyen kuvvet (alan kuvveti) nedir?

İki cismin birbirine dokunmadan uzaktan etkileşmesine temas gerektirmeyen ya da alan kuvveti denir. Örneğin:

• Mıknatıslar birbirine temas etmeden, uzaktan kuvvet uygular. İki mıknatıs birbirine hiç dokunmadan birbirini çekebilir ya da itebilir.
• Kütle çekim: Elinizdeki bir topu yere bırakırsanız düşer, çünkü dünyanın uyguladığı kütle çekim kuvveti topu çeker. Top havadayken Dünya’ya dokunmadığı halde Dünya topa kuvvet uygular.
• Elektrik kuvveti: Yün kazağa plastik bir tarağı sürtüp sonra küçük kağıt parçalarına yaklaştırırsanız, tarak kağıt parçalarına dokunmadan onları çeker.

Bu videoda da temas gerektiren ve gerektirmeyen kuvvetler örneklerle açıklanıyor:

Doğadaki Dört Temel Kuvvet Nedir?

Her ne kadar kuvvetleri temas gerektiren ve gerektirmeyen diye ikiye ayırdıysak da aslında doğada keşfedilen toplam dört tane temel kuvvet vardır. Bunların tamamı alan kuvvetidir, temas gerektirmez.

1. Kütle çekim Kuvveti

Kütle çekim ya da yer çekimi kuvveti, cisimlerin kütle özelliğinin etkileşmesidir.

• Kütlesi olan bir cisim, kütlesi olan başka bir cismi her zaman çeker, ama hiçbir zaman itmez.
• Kütle çekimde her iki cisim de birbirini zıt yönlü kuvvetle çeker.
• Ağaçtaki elmanın yere düşmesi de, gezegenlerin güneşin etrafında dolanması da kütle çekim kuvvetinin sonucudur.
• Menzili yani etki alanı sonsuzdur. İki kütle ne kadar uzak olursa olsun hep kütle çekim kuvveti oluşur.
• Dört temel kuvvet içinde şiddeti en küçük olan kütle çekim kuvvetidir.
• Etkileşen iki cismin kütlesi arttıkça, kütle çekim kuvveti de artar.
• Cisimlerin arasındaki mesafenin artmasıyla kütle çekim kuvveti de mesafenin karesiyle orantılı olarak azalır.

Şekilde kütleleri M₁ ve M₂ olan iki gezegen gösteriliyor, gezegenlerin arasındaki mesafe de r. Kütle çekim kuvvetinin matematiksel ifadesi şöyledir:

\vec{F}_{kutle \space cekim} = G\frac{{M}_{1}{M}_{2}}{r^2}

G kütle çekim sabitidir, değişmeyen bir değerdir.

2. Elektromanyetik Kuvvet

Elektromanyetik kuvvet elektrik ve manyetik kuvvetin birleştirilmiş halidir. Elektrik kuvveti cisimlerin yük özelliğinden dolayı birbirlerini itmelerini ya da çekmelerini sağlar. Atomları ve molekülleri bir arada tutan protonlar ve elektronlar arasındaki elektrik kuvvetidir. Elektrik kuvvetinin şiddeti kütle çekim kuvvetinden çok daha büyüktür. Tıpkı kütle çekimde olduğu gibi elektrik kuvvetinde de etki alanı sonsuzdur. İki yük birbirinden ne kadar uzakta olurlarsa olsunlar hep bir elektrik kuvveti oluşur. Manyetik kuvvet hareket eden yüklü cisimlerin birbirine uyguladığı kuvvettir.

3. Güçlü Çekirdek Kuvveti

Atomun çekirdeğinde protonlar ve nötronlar vardır ve aralarındaki mesafe çok kısadır. Elektik kuvveti çok şiddetli olduğu için protonların birbirini itmesi ve o kadar yakında asla bulunamaması gerekirdi, ama bulunuyorlar. Çünkü elektrik kuvvetinden daha şiddetli olan güçlü çekirdek kuvveti protonları bir arada tutuyor. Dört temel kuvvet arasındaki en şiddetlisi güçlü çekirdek kuvvetidir, ama etki alanı çok kısadır, yalnızca çekirdek boyutlarındadır.

4. Zayıf Çekirdek Kuvveti

Atom çekirdeğinde yalnızca proton ve nötronların bulunduğunu biliyoruz. Ama radyoaktif maddelerden elektronlar ve pozitronlar yayılabiliyor. Atom çekirdeğinde var olmayan elektron nasıl çekirdekten çıkabiliyor? Atom çekirdeğinin kararsız olmasına yol açan, proton ve nötronların başka parçacıklara dönüşebilmesini sağlayan zayıf çekirdek kuvvetidir. Etki alanı güçlü çekirdek kuvvetinde olduğu gibi çok kısadır, yalnızca çekirdek çapı kadardır. Şiddeti kütle çekimden fazladır, ama diğer iki temel kuvvetten azdır.

Dört Temel Kuvvetin Karşılaştırılması

Şiddetine göre:

Güçlü çekirdek > Elektromanyetik > Zayıf çekirdek > Kütle çekim

Etki alanına (menziline) göre:

Kütle çekim = Elektromanyetik > Güçlü çekirdek = Zayıf çekirdek

Kuvvet ile ilgili Fizik dersi Kazanımları

9.3.2.1. Kuvvet kavramını örneklerle açıklar.

• Temas gerektiren ve gerektirmeyen kuvvetlere örnek verilmesi sağlanır.
• Dört temel kuvvetin hangi kuvvetler olduğu belirtilir.
• Kütle çekim kuvvetinin bağlı olduğu değişkenler verilir. Matematiksel hesaplamalara girilmez.
• Dengelenmiş ve dengelenmemiş kuvvetler hatırlatılır.