İvme nedir?

Yer değiştirme ve hıza kıyasla, ivme hareket değişkenlerinin hırçın ve burnundan ateş salan ejderhasına benzer. Vahşi olabilir; bazı insanlar ondan korkar ve eğer büyükse, sizi dikkatli olmaya zorlar. Kalkış sırasında uçakta, hızla fren yapılan bir arabada veya bir go-kartın içinde süratle viraj alırken hissettikleriniz, ivme kazandığınız durumlara örnektir.

Hızın değiştiği herhangi bir süreci ivme olarak adlandırırız. Hız, sürat ve yönü içerdiğinden, ivmelenmenizin sadece iki yolu vardır: süratinizi değiştirin veya yönünüzü değiştirin (veya her ikisini değiştirin).

Eğer süratinizi değiştirmiyorsanız ve yönünüzü değiştirmiyorsanız, bu durumda -istediğiniz kadar hızlı gidin- ivmeleniyor olamazsınız. Buna göre, düz bir çizgi boyunca 800 mil/saat sabit hızla hareket eden bir jet uçağının ivmesi -uçak gerçekten çok hızlı hareket ediyor olsa da- sıfırdır; çünkü hız değişmemektedir. Jet yere inip hızlı şekilde durduğunda, yavaşlıyor olduğundan ivmesi olacaktır.

Bunu şöyle de düşünebilirsiniz. Bir arabada gaza veya frene basarak ivme kazanabilirsiniz, bunların ikisi de süratinizde bir değişikliğe yol açar. Ancak ayrıca direksiyonu da kullanabilirsiniz; bu hareketinizin yönünü değiştirecektir. Bunların hepsi hızı değiştirdiği için ivme olarak kabul edilecektir.

Netleştirmek gerekirse, ivme hızın değişim oranı olarak tanımlanır.

Yukarıdaki denklem, ivmenin ($a$‍) başlangıç hızıyla nihai hız arasındaki fark ($v_f-v_i$‍) bölü hızın $v_i$‍'den $v_f$‍'ye değişmesi için gereken $\mathrm{\Delta }t$‍ süresine eşit olduğunu söylüyor.

İvmenin birimlerinin ${\displaystyle \frac{\text{m}/s}{\text{s}}}$‍ olduğuna ve bunun aynı zamanda ${\displaystyle \frac{\text{m}}{{\text{s}}^2}}$‍ olarak da yazılabileceğine dikkat edin. Bunun nedeni, ivmenin size her saniyede, hızın saniyede kaç metre değişiyor olduğunu söylemesidir. Eğer $a=\frac{v_f-v_i}{\mathrm{\Delta }t}$‍'yi $v_f$‍ için çözerseniz, bu formülün gerçekten çok yararlı bir versiyonunu elde edeceğinizi aklınızda tutun.

Formülün yeniden düzenlenmiş bu versiyonu, sabit ivmeli ($a$‍) bir süre ($\mathrm{\Delta }t$‍) sonrasında son hızı ($v_f$‍) bulmanızı sağlar.

İvmenin fizikteki en dikkat edilmesi gereken kavramlardan biri olduğuna ilişkin sizi uyarmalıyım. Problem, insanların ivmeyi kavramaması değildir. Çoğu kişi ivme hakkında bir fikre sahiptir, ancak maalesef genelde bu konudaki düşünceleri yanlıştır. Mark Twain'in söylemiş olduğu gibi, “Başınızı belaya sokan, bilmedikleriniz değildir. İyi bildiğinizi düşündüğünüz, ancak aslında zannettiğiniz gibi olmayanlardır.”

Yanlış şekilde akıl yürütme genelde şöyle olur: “İvme ve hız aslında aynı şey, değil mi?” Yanlış. İnsanlar genelde -yanlış şekilde- eğer bir nesnenin hızı büyükse, bu durumda ivmenin de büyük olması gerektiğini veya eğer bir nesnenin hızı küçükse bunun ivmenin de küçük olması gerektiği anlamına geldiğini düşünür. Ancak durum böyle değildir. Verili bir anda ivmeyi belirleyen, hızın değeri değildir. Başka şekilde ifade edersek, yavaş veya hızlı hareket ettiğimden bağımsız olarak, hızımı büyük oranda değiştirebilirim.

Hızın büyüklüğünün ivmeyi belirlemediğine ilişkin kendinizi ikna etmek için, aşağıdaki şemada her senaryoyu tanımlayacak bir kategori bulmaya çalışın.

İvme söz konusu olduğunda, sadece bir yanlış anlama olduğunu söyleyebilmek isterdim, ancak burada daha vahim başka bir yanlış anlama var - bu, ivmenin negatif veya pozitif olmasıyla ilgili.

Kişiler genelde, “Eğer ivme negatifse bu durumda nesne yavaşlamaktadır ve eğer ivme pozitifse bu durumda nesne hızlanmaktadır, değil mi?” diye düşünür. İvmesi negatif olan olan bir nesne hızlanıyor olabilir ve ivmesi pozitif olan bir nesne yavaşlıyor olabilir. Neden böyle? İvmenin, süratteki değişim ile aynı yönü gösteren bir vektör olduğu gerçeğini düşünün. Bu, sürate ekleyeceğinizi veya süratten çıkaracağınızı belirleyen şeyin, ivmenin yönü olduğu anlamına gelir. Matematiksel olarak, ivmenin negatif olması süratin mevcut değerinden çıkaracağınız ve ivmenin pozitif olması süratin mevcut değerine ekleyeceğiniz anlamını taşır. Eğer başlangıçtaki sürat zaten negatifse, süratin değerinden çıkarmak nesnenin hızını yükseltebilir; zira bu, büyüklüğün artmasına yol açacaktır.

Eğer ivme hızla aynı yönü gösteriyorsa, nesne hızlanacaktır. Eğer ivme hızın aksi yönünü gösteriyorsa, nesne yavaşlayacaktır. Aşağıdaki şemadaki ivmeleri kontrol edin: Bir arabanın kazayla çamura girdiği yer (burada yavaşlar) veya bir simiti kovaladığı yer (burada hızlanır). Sağa doğrunun pozitif olduğu varsayıldığında, araba sağa hareket ederken hız pozitiftir; araba sola hareket ederken hız negatiftir. Eğer araba hızlanıyorsa ivme hızla aynı yönü gösterir; eğer araba yavaşlıyorsa ters yönü gösterir.

Bunu söylemenin bir başka yolu, eğer ivmenin işaretiyle hızın işareti aynıysa, nesnenin hızlanacağıdır. Eğer ivmenin işareti hızın işaretinin tersi ise, nesne yavaşlayacaktır.

Sinirli bir köpek balığı durağan konumdan, 3 saniye sürede 12 metre/saniye sürate ulaşır.
Köpek balığının ortalama ivmesinin büyüklüğü neydi?

İvmenin tanımıyla başlayın.

Son hız, ilk hız ve zaman aralığını yerine koyun.

Hesaplayın ve kutlayın!

Bir kartal sol yöne doğru saniyede 34 metre süratle uçuyor, bu sırada sert bir rüzgar esiyor ve kartal 8 metre bölü saniye karelik bir sabit ivmeyle yavaşlamak zorunda kalıyor.
Rügar 3 saniye estikten sonra kartalın sürati ne olur?

İvmenin tanımıyla başlayın.

Son hızı denklemin bir tarafında yalnız bırakın.

Yön sola doğru olduğu için ilk hızı negatif olarak girin.

Kartal yavaşladığı için ivmenin işaretini hızın işaretinin tam tersi yapın.

İvmenin etkin olduğu süre aralığını girin.

Son hızı bulun.

Soruda sürat sorulmuştu. Sürat her zaman pozitif bir sayı olduğu için cevabımız pozitif olmalıdır.

Not: Buna alternatif olarak, kartalın hareketinin başlangıçtaki sola yönünü pozitif kabul edebilirdik; bu durumda başlangıç hızı $+34{\displaystyle \frac{\text{m}}{\text{s}}}$‍ olurdu, ivme $-8{\displaystyle \frac{\text{m}}{{\text{s}}^2}}$‍ olurdu ve son hız $+10{\displaystyle \frac{\text{m}}{\text{s}}}$‍'ye eşit olurdu. Eğer hareketin mevcut yönünü her zaman pozitif olarak kabul ederseniz, bu durumda yavaşlayan bir nesne her zaman negatif ivmeye sahip olacaktır. Ancak sağ yönü her zaman pozitif olarak kabul ederseniz, bu durumda yavaşlayan bir nesne -özellikle sola hareket ediyor ve yavaşlıyorsa- pozitif ivmeye sahip olabilir.