Fizik biliminin en önemli dallarından birisi olan mekanik bilimi ile ilgili bilgiler. mekanik nedir? Mekanik biliminin bölümleri, unsurları, çeşitleri ve ölçü birimleri nelerdir?
MEKANİK
MEKANİK, fizik biliminin bir dalıdır. Yeryüzündeki cisimlerin hareketlerini, dengelerini, bu durumların şartlarını, bağlı oldukları kanunları inceler.
Fiziğin dünyada ilkçağlardan beri insanların karşısına çıkışı mekanikle olmuştur. Yalnız, o zamanlar insanlar bunları bir araya getirip birbirleriyle olan bağıntılarını bulamıyorlar, kanunlarını saptayamıyorlardı. Çevrelerinde geçen olayları inceleyip bunların birbirine benzer yanlarını buldukça, gözlemleri, araştırmaları daha düzenli bir şekil aldıkça mekanik bilimi de kendiliğinden doğmaya başladı. Bugün artık kesin olarak biliniyor ki bütün cisimlerin hareketleri, durmaları bazı kanunlara bağlıdır. Aynı şartları sağlarsak aynı sonuçları alırız. Zaten bu kesinlik bütün pozitif bilimlerin en belirli özelliklerinden biridir.
Mekaniğin Bölümleri
Mekanik, genel olarak, iki ana bölüme ayrılır: 1) Dinamik; 2) Statik. Bu bölümler de kendi aralarında bölünebilirler.
- Dinamik. — Bu bölümde, daha çok, cisimlerin hareketlerini belirleyen kanunlar, bu hareketlerin sebepleri, oluş biçimleri incelenir.
- Statik. — Bize duran cisimler hakkında bilgi verir. Cisimlerin durmasına mekanikte «denge» denir. Cisimlerin denge şartlarını, bir cismi dengeye getirmek için neler yapmamız gerektiğini, denge çeşitlerini mekaniğin statik bölümünde öğreniriz.
Mekaniğin Unsurları
Ölçme.
Mekanik biliminde genel olarak kullanılan elemanlar cisimlerdir. Cisimlerin mekanikle ilgili hareketlerini inceliyebilmek için de «ölçme» mekanikte büyük bir yer tutar. Cisimlerin boyutlarının ölçülmesi, zamanın ölçülmesi, ağırlık ölçülmesi için duyarlı usuller bulundukça mekanik de daha gelişmiş, daha doğru sonuçlar vermeye başlamıştır.
Kuvvet.
Mekanik biliminde çok kullanılan bir kavram da «kuvvet»tir. Duran bir cismi harekete geçirmek, harekette olan bir cismin hareketini değiştirmek, o cismi durdurmak için gerekli olan etkiye «kuvvet» deriz. Böylece, mekanik «cisimlerin kuvvet etkisiyle hareketlerini, denge durumlarını inceliyen, kanunlara bağlıyan bir bilim dalı» diye de tanımlanabilir. Kolay araştırma için hareket biçimleri de sınıflandırılmış; benzer hareketler bir araya toplanmıştır. Bu sınıflama sırasında bîr «yörünge» kavramı çok kullanılır.
Yörünge.
Harekette olan, bu hareket sırasında yerini değiştiren bîr cismin (yani dönme hareketi yapmıyan hareketli bir cismin) harekete başladığı noktayla durduğu nokta arasında üzerinde yol aldığı sanal (hayalî) çizgiye «yörünge» denir. Hareketin şekline göre bu yörünge çeşitli şekillerde olabilir. Meselâ doğrusal harekette yörünge bir doğru; dairesel harekette yörünge bir daire; toptan atılan bir merminin hareketinde yörünge paraboldür.
Hız ve İvme.
Hareketin sınıflandırılmasında kullanılan iki kavram daha vardır, bunlar «hız»la «ivme»dir. Harekette olan bir cismin birim zaman içinde aldığı yola «hız» denir. Örneğin «bir otomobilin hızı 40 km./saat» deyince, otomobilin bir saatte 40 kilometrelik yol aldığı anlaşılır. Yalnız, hız her zaman sabit kalmaz. 40 km/saat hızla yokuş yukarı giden bir otomobil düz bir yola gelince meselâ 80 km./saat hıza yükselir; önüne bir engel çıkınca da fren yaparak durur. Her iki halde de hız artık 40 km./saat değildir. Birinde 80 km./saate yükselmiş; öbüründe ise sıfıra düşmüştür.
Hızın bu değişmesi için belli bir zaman geçmiştir. Araba, frene basılır basılmaz değil, belli bir zaman sonra durmuştur. İşte «hızın değer değiştirmesinin hızı» bize «ivme»yi verir. Hareketli bir cismin ortalama hızını bulmak için, aldığı yolu geçen zamana böleriz. Bunun gibi, cismin ivmesini bulmak için de hızı, hızın iki değeri alması arasında geçen zamana böleriz. Bu yüzden de hızın birimi örneğin metre/saniye ise; ivmenin birimi metre/saniye karedir.
Hareketlerin Çeşitleri
Cisimler çeşitli biçimlerde hareketler yaparlar. Hareketleri sınıflandırmak için ilk usul onları yörüngelerine göre ayırmaktır. Buna göre ilk akla gelen hareket «doğrusal hareket»tir. Bu çeşit harekette cisim bir doğru çizgi boyunca yol alır. Düzgün, dönemeçsiz bir yolda ilerliyen bir arabanın hareketi bu çeşit için bir örnek olabilir. Bunun gibi, yörüngesi çember, parabol, hiperbol, ya da daha karışık şekiller olan hareketler vardır: Bir atlıkarıncada üzerine oturulan sepetlerin hareketi dairesel bîr harekettir. Buna karşılık, dünyamız güneş çevresinde dönerken bir elips çizer. O halde dünyamızın hareketi, yörüngesi elips olan bir harekettir.
Hareketleri sınıflamak için kullanılan bir yol da hızlarını gözönünde tutmaktır. Buna göre hareketler genel olarak iki ana bölüme ayrılır: 1) Düzgün Hareket; 2) İvmeli Hareket.
- Düzgün Hareket. — Bu harekette hız değişmez, bütün hareket boyunca aynıdır.
- İvmeli Hareket. — Hızı sabit olmayan harekettir. Bu çeşit harekette hız ya gelişi güzel, ya da belli bir kurala uyarak değişir. Böylece ivmeli hareket de kendi arasında bölümlere ayrılır.
Bunlardan biri sabit ivmeli harekettir. Bu harekette hız değişir, ivme sabit kalır Bu çeşit hareketi yüksek bir yerden bırakılan cisimlerde görürüz. Düşen cisimler gittikçe hızlanırlarsa da bu artmanın hızı, yani ivme, sabittir, yerçekimi ivmesine eşittir. Yeryüzünde her cisim bir çekim kuvvetinin etkisi altındadır. Cisimler de, serbes kalınca, bu kuvvetin etkisi altında yere düşmeye başlarlar. İşte yerçekiminin cisimlere kazandırdığı ivmenin değeri sabittir. Bu ivme g harfiyle gösterilir. Değeri, yeryüzünde bulunulan noktaya göre az çok değişir; ortalama olarak 981 santimetre/saniye2 alınır.
Hareket işlerinde en önemli kavramlardan biri de «sürtünme»dir. Yeryüzünde her hareket bir sürtünmeyle birlikte olur. Otomobil tekerlekleriyle yol arasında sürtünme vardır; yere düşen cisimler, atılan bir mermi havanın sürtünme kuvvetiyle karşılaşır. Bu yüzden, hele mermilerin hedefe düşmeleri için yapılan hesaplarda hava direnci mutlaka hesaba katılır. Son gelişmelerle uzaya atılan füzeler, uydular hep bu sürtünme kuvvetini de yenmek üzere düzenlenmiştir.
Kuvvet ve Hareket
Mekanikte kuvvetle hareket arasında iki yanlı bir bağıntı vardır. Ya üzerine kuvvet binen cisimler harekete geçerler, ya da hareket eden cisimler bazı şartlar altında birtakım kuvvetler doğururlar. «Merkezkaç» ve «merkezcil» kuvvetler bu ikinci durum için birer örnektir.
- Merkezkaç Kuvvet. — Bir ipin ucuna bağlanmış bir taşı hızla döndürelim. Taş bir dairesel hareket yapar, dairenin merkezi olan elimizden uzaklaşmak için bir kuvvet doğurur. Merkezden dışarı doğru olan bu kuvvete «merkezkaç kuvvet» denir. Dönemeçleri dönen otomobiller de, aynı kuvvetin etkisiyle bazan kayarlar. Bu durumda kazaları önlemek için yolun o bölümü biraz eğimli yapılır. Aynı durum tren yollarında da görülür.
- Merkezcil Kuvvet. — Mekaniğin ana ilkelerinden biri de bize her etkiye eşit bir tepkinin varlığını öğretmiştir. Öyleyse, merkezkaç kuvvete eşit, ters yönde bir kuvvet de bulunacaktır. Bu kuvvete de «merkezcil kuvvet» denir. Dairesel harekette merkezcil kuvvet dairenin merkezine yönelmiştir.
Ölçü Birimleri
Mekanikte kavramların ölçülmesi büyük bir önem taşır. Onun için de kullanılan bütün kavramlar, değerler için birtakım birimler kullanılır. Bugün başlıca iki «ölçü birimi» sistemi vardır: 1) M.K.S. Sistemi; 2) C.G.S. Sistemi.
Bu sistemlerde değerlerin üçü «ana değer» kabul edilmiş, bunların da belli bir basamakları alınmıştır. Her iki sistemde de ana değerler «uzunluk», «ağırlık», «zaman» ölçüleridir.
- M.K.S. Sistemi. — Bu sistemde uzunluklar «metre» (M), ağırlıklar «kilogram» (K), zaman da «saniye» (S) ile ölçülür. Başka birimler varsa hepsi yukarıdaki üç birime çevrilir.
- C.G.S. Sistemi. — Bu sistemde uzunluk birimi «santimetre» (C), ağırlık birimi «gram» (G) zaman bîrimi de «saniye» (S) dir.
Böylece iki sistemden biri seçilerek işlem yapılır. Buna göre başka değerlerin birimleri de sisteme göre bulunur. Meselâ ivmenin M.K.S. sistemindeki birimi metre/saniye olduğu halde; C. G. S. sistemindeki birimi santimetre/saniye karedir.