Kuvvet Nedir, Tipleri ve Özellikleri Nelerdir?

Yaşıyoruz ve devamlı kendimiz dışındaki farklı objelerle etkileşime giriyoruz. Mesela bu yazıyı okurken tahminen sehpadaki telefonu elinize aldınız ve ekranda bir şeylere dokundunuz ya da bilgisayarı önünüze çekip birkaç mouse tıklaması yaptınız. İşte tüm bunlar aslında kuvvettir. Fizik biliminin kıymetli bahislerinden bir tanesi olan kuvvet, günlük hayatımızın da temelini oluşturmaktadır.

Elbette kuvvet epey kapsamlı ve derin ayrıntılara sahip bir husus lakin tekrar de günlük hayatımızın her anında onunla karşılaşıyoruz. Esasen karşılaşmak zorundayız zira Newton’ın maddelerinden birincisine nazaran bir objeye kuvvet uygulamazsak öylece orada boş boş duracaktır. Bahsin sıkıcı ayrıntılarını bırakalım ve en saf haliyle gelin kuvvet nedir, türleri ile özellikleri nelerdir yakından bakalım.

Temel bir tarif yaparak başlayalım; Kuvvet nedir?

Fizik bilimine nazaran kuvvet, kendine ilişkin kütleye sahip bir cismin hareket halini değiştiren bir tesirdir. Kuvvetin itme ya da çekme üzere bir tarafı ve kendi vektörel büyüklüğü vardır. Newton N sembolü ile ya da F sembolü ile gösterilir.

Mekanik açısından baktığımızda ise kuvvet bir objenin hareketini sürdürmek, hareketini değiştirmek ya da mevcut hareketini bozmak için yapılan bir harekettir. Kuvvetin büyüklüğüne nazaran uygulanan objenin bazen sadece hareketi bozulur, bazen de biçimi bozulur. Her iki türlü de kuvvet demek değişim ve hareket demektir.

Kuvvetin tarifi Newton maddeleriyle yapıldı:

İngiliz fizikçi Isaac Newton, 1687 yılında kaleme aldığı Principia Mathematica isimli yapıtında kuvvet hakkında üç temel unsur belirlemiştir. Birinci prensibe nazaran bir cisim, kendisine rastgele bir kuvvet uygulanana kadar olduğu üzere kalır.

İkinci unsura nazaran cisim bir dış kuvvetin tesirinde kaldığı vakit sürat değişikliği yani ivme büyüklüğü cismin aldığı kuvvet ile gerçek orantılıdır. Üçüncü prensibe nazaran ise bir cisim öteki bir cisme kuvvet uygularsa aslında her iki cisim de birbirine eşit kuvvet uygulamış olur. Tesir reaksiyon unsuru olarak bilinen bu üçüncü kuralda harekete bakılmaksızın cisimlerin deforme olma eğiliminde olmaları açıklanmıştır.

Kuvveti iki farklı başlıkta inceleyebiliriz:

Temas gerektiren kuvvet
Temas gerektirmeyen kuvvet

Temas gerektiren kuvvet:

İki cismin birbirine temas ederek kuvvet uyguladıkları durum temas gerektiren kuvvet olarak tanımlanır. Günlük hayatta karşımıza itme ya da çekme olarak çıkar. Masadaki bardağı itmek ya da çekmek, yürümek, kamyonun gerisindeki kasayı çekmesi, topa vurmak, asansör hareketi üzere günlük hayattan daha pek çok örneği verilebilir.

Temas gerektiren kuvvetler ortasında çekme kuvveti, havanın direnç kuvveti, sürtünme kuvveti, buhar kuvveti, kas kuvveti, kaldırma kuvveti ve rüzgar kuvveti vardır. Çevremizde bulunan ve her gün kullandığımız mekanik aletlerin büyük bir kısmı temas gerektiren kuvvetlerin prensiplerine nazaran çalışmaktadırlar.

Temas gerektirmeyen kuvvet:

Alan kuvveti olarak da bilinen temas gerektirmeyen kuvvet, iki cismin birbirine temas etmeden kuvvet uyguladıkları durumdur. Mıknatısların birbirini itmesi ve çekmesi buna en büyük örnektir. Elinizden bıraktığınız bir bardağın yerçekimi tesiriyle yere düşmesi ya da kazağınızı çıkarırken saçlarınızın elektriklenmesi de temas gerektirmeyen kuvvete örnek olarak gösterilebilir.

Doğada dört temel temas gerektirmeyen kuvvet vardır:

Kütle çekim kuvveti
Elektromanyetik kuvvet
Güçlü çekirdek kuvveti
Zayıf çekirdek kuvveti

Kütle çekim kuvveti:

Yerçekimi kuvveti olarak da bilinen kütle çekim kuvvetinin temel kuralına nazaran kütlesi olan bir cisim, kütlesi olan başka bir cismi her vakit itmez fakat her vakit çeker. İki cisim ortasındaki kuvvet zıt taraflıdır. Tesir alanı sonsuz olarak kabul edilir. Öteki kuvvetlere nazaran tesir alanı küçüktür lakin cisimlerin kütlesi arttıkça kuvvet de artar. Gezegenlerin Güneş etrafında dönüşü ya da bir meyvenin ağaçtan düşmesi kütle çekime örnektir.

Elektromanyetik kuvvet:

Elektrik ve manyetik kuvvet birleştiği vakit ortaya elekromanyetik kuvvet çıkar. Cisimler elektrik kuvveti yüzünden birbirini iter ya da çeker. Protonlar ve elektronlar ortasındaki kuvvet de elektrik kuvveti olarak kabul edilir. Kütle çekim kuvvetine nazaran çok daha büyüktür. Tesir alanı sonsuz olduğu için iki cisim birbirine ne kadar uzak olursa olsun değişen yoğunlukta elektrik kuvveti oluşur.

Güçlü çekirdek kuvveti:

Kuvvetler ortasında en şiddetlisi olarak kabul edilen güçlü çekirdek kuvvetinin tesirini protonlar üzerinde görüyoruz. Atom çekirdeğinde bulunan tıpkı kutuplu protonlar birbirine çok yakın olduğu için elektrik kuvvetine nazaran birbirlerini itmeleri gerekirdi. Lakin atom çekirdeğinin kuvveti elektrik kuvvetinden bile yüksek olduğu için protonlar bir ortadadır.

Zayıf çekirdek kuvveti:

Atom çekirdeğinde sadece proton ve nötron olmasına karşın elektron ve pozitron yaymasının nedeni zayıf çekirdek kuvvetidir. Bu kuvvet sayesinde çekirdek kararsızdır ve protonlar ile nötronlar öteki parçacıklara dönüşebilir. Zayıf çekirdek kuvvetinin tesir alanı epeyce kısadır.

Formülü ile kuvvet nasıl hesaplanır?

Adım #1: Kuvvet = Kütle x İvme yani F = m . a
Adım #2: Tüm pahaların tıpkı ünitede olduğundan emin olun.
Adım #3: Newton tartısı 9.8’e bölerek kütleyi bulun.
Adım #4: Değerleri formülde yerine yerleştirin.
Adım #5: İşlem tamam.

Kuvvet hesaplamak için uygulamanız gereken formül ve izlemeniz gereken adımlar bu halde. Elbette farklı disiplinlere ilişkin farklı süreçler yaparken bu formülün çok daha gelişmiş versiyonlarını kullanmak gerekebilir lakin temel fizikte kuvvet bulmak için bu yol hayli işe faydadır.

Kuvvet vektörel mi skaler mi?

Kuvvet bir tarafı ve büyüklüğü olduğu için skaler değil, vektöreldir. Basit fizikî bir yapı olarak tanımlanan skaler Newton mekaniğindeki bir değişim, Lorentz dönüşümü, uzay vakit göreliliğindeki bir dönüşüm üzere durumlarda değişmeyen ya da kısaca istikameti olmayan bir özelliktir. Kuvvet ise istikamet ve doğrultu bakımından vektöreldir.

Fiziğin ve günlük yaşantımızın en temel hususlarından bir tanesi olan kuvvet nedir sorusunu yanıtlayarak tipleri ve özellikleri hakkında bilmeniz gereken ayrıntılardan bahsettik. Kuvvet, içine daldığımız vakit basitçe boğulacağımız bir okyanus üzere olduğu için bu yazımızda sadece temel bir bilgilendirme yapmayı hedefledik.