Ana içerik

Fizik Kütüphanesi

Konu: Fizik Kütüphanesi > Ünite 3

Ders 6: Gerilme Kuvveti

Gerilme Nedir?

İpler bir şeyleri çeker! Bu tip kuvveti nasıl ele alacağınızı öğrenin.

Gerilim ne anlama gelir?

Birbirine değen tüm fiziksel nesneler, birbirine kuvvet uygulayabilir. Birbirine değen nesnelerin türlerine göre, bu değme kuvvetlerine farklı isimler veririz. Eğer kuvveti uygulayan nesnelerden birisi bir ip, zincir veya kablo ise, bu kuvveti gerilim olarak adlandırırız.

[Bir ip nasıl bir kuvvet uygulayabilir?]

İp ve kablolar büyük uzaklıklar boyunca (örneğin bir ip boyu) kuvveti etkili bir şekilde aktarabildiği için kuvvet uygulama amacıyla kullanılabilirler. Örneğin, iplerle bir kızağa bağlanmış bir grup Sibirya kurdunu düşünelim. Mesafeli ipler sayesinde kurtlar, normal kuvvetle kızağı arkadan itmeye kıyasla daha geniş bir alanda hareket edebilir ve kızağı koşarak çekebilirler.

Burada, gerilimin çeken bir kuvvet olduğunu belirtmek önemlidir, zira ipler etkin şekilde itemez. Bir iple itmeye çalışmak ipin yayılmasına ve ilk başta çekmesini sağlayan gerilimi kaybetmesine neden olur. Bu son derece bariz gelebilir, ancak iş bir nesneye etki eden kuvvetleri çizmeye geldiğinde, kişiler genelde gerilim kuvvetini yanlış yönde çizerler; dolayısıyla gerilimin bir nesneyi sadece çekebileceğini aklınızda tutun.

Gerilme kuvvetini nasıl hesaplarız?

Maalesef, gerilme kuvvetini bulmak için özel bir formül yoktur. Gerilim kuvvetini bulmak için uyguladığımız strateji, normal kuvveti bulduğumuzla aynıdır. Adını koymak gerekirse, nesnenin hareketini ilgili kuvvetlerle ilişkilendirmek için Newton'un ikinci yasasını kullanıyoruz. Daha detaylı açıklarsak,

Söz konusu nesneye uygulanan kuvvetleri çizin.
Gerilim kuvvetinin yönünde Newton'un ikinci yasasını $(a = \frac{Σ F}{m})$ ‍ yazın.
Newton'un ikinci yasası denklemini, $a = \frac{Σ F}{m}$ ‍, kullanarak gerilmeyi bulun.

Bu problem çözme stratejisini aşağıdaki çözümlü örneklerde kullanacağız.

Gerilmeyle ilgili çözümlü örnekler neye benzer?

Örnek 1: Kutuyu çeken açılı ip

2, 0 kg

ağırlığındaki bir salatalık ekstresi kutusu aşağıda görüldüğü gibi sürtünmesiz masa üstünde

θ = 60^{o}

açı yapan bir iple çekilmektedir. İpteki gerilim kutunun masa boyunca sağa doğru

3, 0 \frac{m}{s^{2}}

ivmeyle kaymasına neden olur.

İpteki gerilim nedir?

Önce, kutuya etki eden tüm kuvvetlerin kuvvet şemasını çizeriz.

Şimdi Newton'un ikinci yasasını kullanıyoruz. Gerilim hem düşey hem yatay yöndedir, dolayısıyla hangi yönü seçeceğimiz biraz belirsizdir. Bununla birlikte, ivmenin yatay yönde olduğunu ve yatay yönlü olan yegane kuvvetin gerilim olduğunu bildiğimiz için, yatay yönde Newton'un ikinci yasasını kullanacağız.

[Eğer yanlışlıkla düşey yönde ikinci yasayı kullanmayı seçersek ne olur?]

a_{x} = \frac{Σ F_{x}}{m} (düşey yön için Newton’un ikinci yasasını kullanın)

3, 0 \frac{m}{s^{2}} = \frac{T cos 60^{o}}{2, 0 kg} (yatay ivmeyi, kütleyi ve yatay kuvvetleri yerine koyun)

[Tcos60 terimi nereden geldi?]

T cos 60^{o} = (3, 0 \frac{m}{s^{2}}) (2, 0 kg) (T ’yi bir tarafta tek başına bırakın)

T = \frac{(3, 0 \frac{m}{s^{2}}) (2, 0 kg)}{cos 60^{o}} (cebir kullanarak T^{'} y i b u l u n)

T = 12 N (hesaplayın ve kutlayın :o)

Örnek 2: İki ipten sallanan kutu

0, 25 kg

ağırlığında hayvan şekilli krakerlerle dolu bir kutu sırasıyla tavana ve duvara tutturulmuş iki ipin ucunda durmaktadır.

T_{2}

gerilimine sahip köşegen ip, aşağıda görüldüğü gibi yatay yönle

θ = 30^{o}

açı yapmaktadır.

İki ipteki gerilim $(T_{1}$ ‍ ve $T_{2})$ ‍ nedir?

Önce, hayvan şekilli krakerlerle dolu kutuya etki eden tüm kuvvetlerin kuvvet şemasını çizeriz.

Şimdi Newton'un ikinci yasasını kullanmalıyız. Hem düşey hem yatay yönlü gerilimler olduğundan, hangi yönün seçileceği gene belirsizdir. Bununla birlikte, yer çekimi kuvvetini bildiğimiz ve bu düşey yönlü bir kuvvet olduğu için, düşey yönde Newton'un ikinci yasasıyla başlayacağız.