Skip to content Skip to navigation

Newton Arabası

Dr. Sevda Seçer
27/08/2019 - 16:51

Jules Verne’nin Ay'a Seyahat kitabının yayımlanmasından yaklaşık yüz yıl sonra bu hayal gerçeğe dönüştü ve Ay'a ayak bastık. Jules Verne hayal gücüyle bizi Ay'a göndermişti, Newton ise hesaplarıyla... Hedeflerimize ulaşmamızı sağlayan en önemli teknolojilerden biriyse roketlerdi. Peki, roketler nasıl çalışıyor?

Deneyler köşesinin bu etkinliğinde bir araba tasarlayarak Newton'un hareket yasalarını ve roketlerin çalışma prensibini öğreniyoruz.

 

Bilmekte Fayda Var!

Newton'un hareket yasaları, bir cismin üzerine etki eden kuvvetler ile cismin hareketi arasındaki ilişkileri açıklar. Isaac Newton 1687’de yayımlanan Doğa Felsefesinin Matematiksel İlkeleri (Philosophia Naturalis Principia Mathematica) kitabında bu ilişkileri açıklayan üç hareket yasasını ve evrensel kütleçekim yasasını ortaya koymuştu.

Newton’ın birinci hareket yasası, cismin kütlesi ve hareket durumunun değişmesi için gerekli olan kuvvetle ilgilidir. Bir cismin kütlesi ne kadar büyükse hareket durumunu değiştirmek için gerekli kuvvet de o kadar büyük olur. Cismin hareket durumunu (örneğin duruyorsa durmaya, hareket ediyorsa sabit hızla hareket etmeye) devam ettirme isteğine yani hareket durumunu değiştirmeye karşı koymasına eylemsizlik denir. Newton'un ifadesiyle, hareketsiz bir cisim hareketsiz kalmaya eğilimlidir, duran bir cisim ancak onu harekete zorlayan bir sebep ortaya çıkarsa harekete başlar. Hareketli cisimler, sadece onları durdurmaya ya da yönlerini değiştirmeye çalışan bir etki varsa yön değiştirir ya da durur.

Newton'un ikinci yasası şunu ifade eder: Bir cisme dışarıdan uygulanan net kuvvet, cismi, kütlesiyle ters, uygulanan kuvvetle doğru orantılı olarak ivmelendirir.

Newton’ın ikinci yasasına göre eğer cisme etki eden net kuvvet sıfırsa cisim ivmelenmez yani hareket durumunu korur. Bu da Newton'un birinci yasası ile uyumludur.

Bir roketin uzayda yol almasını sağlayan temel ilke Newton'un üçüncü yasasıdır. “Her etkiye karşılık bir tepki vardır” ifadesi ile bilinen bu yasaya göre, bir cisim ikinci bir cisme kuvvet uygularsa ikinci cisim de birinci cisme aynı büyüklükte ancak zıt yönde bir kuvvet uygular.

Örneğin bir masanın üzerinde duran kitap, ağırlığı nedeniyle masanın üzerine bir kuvvet uygular. Üçüncü yasa, masanın da kitaba eşit büyüklükte ve zıt yönde bir kuvvet uyguladığını söyler. Kitabın masaya uyguladığı kuvvete etki kuvveti, masanın kitaba uyguladığı kuvvete ise tepki kuvveti denir. Ancak bu kuvvetler farklı cisimler üzerindedir.

Roketlerin uzayda yol almasını sağlayan temel ilke Newton'un hareket yasasıdır. 

Roketler, uzay araçlarının Dünya'nın kütleçekiminden yani yerçekiminden kurtulması için itme kuvveti oluşturur. Bu kuvvetin kaynağı, rokette bulunan katı ya da sıvı hâldeki yakıttır. Yakıt yakıldığında yanma tepkimesi sonucu oluşan gaz roketten çıkarken (etki kuvveti), roket gazın hareket yönünün tersi yönde hareket eder (tepki kuvveti). Bu da roketlerin yol almasını sağlar.

 

Nelere İhtiyacımız Var?

  • 20 cm uzunluğunda, 6,5 cm genişliğinde bir tahta blok
  • 3 adet vida
  • Küçük boy ilaç şişesi
  • Paket lastiği
  • İp
  • Kalın pipet
  • Makas

 

Ne Yapıyoruz?

Vidaları, görseldeki gibi, tahta blok üzerine yerleştirelim.

 

Yan yana duran iki vidanın çevresine paket lastiğini geçirelim.

 

Lastiği iple gerip ipi üçüncü vidaya bağlayalım.

Newton arabamız hazır.

Düz bir zemin üzerine birkaç pipet yerleştirelim. Arabayı pipetlerin üzerine koyalım. V şeklini alan lastiğin ortasına ilaç şişesini yerleştirelim.

Lastiği geren ipi makasla keserek koparalım.

 

 

 

 

Ne Oldu?

Yaptığımız araba zemin üzerinde dururken üzerine etki eden kuvvetler dengelenmiştir ve üzerine etki eden net kuvvet sıfırdır. Araba da hareketsiz hâldedir. Bu durum Newton'un birinci yasasını gösterir.

Paket lastiği iple gerilip vidaya bağlandığında lastikte potansiyel enerji birikmiş olur. İp kesildiğinde lastikte biriken potansiyel enerji kinetik enerjiye dönüşür. Lastik arabanın üzerinde duran şişeye çarptığında önündeki ilaç şişesini iter. Şişe arabanın üzerinde dışarı doğru hareket ederken arabaya bir etki kuvveti uygular. Araba üzerine uygulanan bu etki kuvveti, aynı büyüklükte ve zıt yönde bir tepki kuvveti oluşturur. Böylece araba şişenin hareketine zıt yönde hareket eder. Bu durum Newton'un üçüncü yasasını gösterir.

Roket örneği üzerinden açıklarsak, roketten çıkan gazın roketi kendi hareket yönünün tersi yönde itmesine benzer şekilde, şişe bir yöne hareket ederken araba zıt yönde hareket eder.

Newton'un ikinci yasasını gösterecek düzeneği ise siz tasarlayabilirsiniz. Bunun için, paket lastiğini farklı uzunluklarda gererek lastikte biriken potansiyel enerji miktarını değiştirebilirsiniz. Bu durumda lastik serbest kaldığında farklı büyüklüklerde itme kuvveti oluşturur. Böylece arabanın ivmelenme miktarlarını kıyaslayabilirsiniz.

Kaynaklar:

Yazar Hakkında:
Dr. Sevda Seçer
Zeytinburnu Şehitler Bilim ve Sanat Merkezi Fen Bilimleri Öğretmeni

 

 

İlgili İçerikler

Fizik

Söz konusu elektronlar, protonlar gibi “noktasal” parçacıklar olduğunda aynı işaretli elektrik yüklerinin birbirini ittiği, zıt işaretli elektrik yüklerinin birbirini çektiği bilinir. Ancak çok sayıda elektrik yüklü noktasal parçacığın bir araya gelmesiyle oluşan “bileşke” parçacıklarda durum farklıdır. 

Fizik

Danimarkalı gökbilimci Ole Christensen Romer, ışık hızını belirlemek için çalışmalar yapan ilk bilim insanlarından biridir. Romer, yaptığı uzun süreli gözlemler sonucunda Jüpiter’in uydularından Io’nun iki tutulması arasında geçen zamanlarda farklılıklar tespit etti.

Fizik

Bu etkinliğimizde yenilenebilir enerji kaynaklarından güneş enerjisinin farklı enerji türlerine dönüştüğünü gözlemleyebileceğimiz bir düzenek tasarlayacağız.

Fizik

James Watt’ın buhar motorunu keşfetmesi Sanayi Devrimi’nin başlangıcı olarak kabul edilir. James Watt, buhar motorunu madenlerde ortaya çıkan suyun dışarı pompalanması için etkili bir yöntem ararken geliştirdi. İlk yazımızda Arşimet, 12. yüzyılda yaşayan el-Cezeri ve 16. yüzyılda yaşayan Takiyüddin’in suyun yukarı taşınması için geliştirdikleri düzenekleri anlatmıştık.

Fizik

Uluslararası bir araştırma grubu, araçların arka kısımlarına hava püskürten cihazlar yerleştirerek hava sürtünmesini azaltmayı başardı. Dr. Ruiying Li ve arkadaşları tarafından yapılan araştırmanın sonuçları Physical Review Fluids’te yayımlandı.

Fizik

Bu etkinliğimizde maliyeti uygun malzemelerden güneş enerjisi ile çalışan bir yel değirmeni düzeneği tasarlayarak enerji dönüşümünü gözlemleyeceğiz.

Fizik

Zürih Federal Teknoloji Enstitüsü ve Zürih Üniversitesinde çalışan bir grup araştırmacı, aşırı derecede düşük sıcaklıklara soğutulduğunda bile suyun donmasını engelleyen bir yöntem geliştirdi. 

Fizik

Nano ölçekteki malzemelerin özelliklerinin anlaşılması için gerçekleştirdiği uluslararası düzeyde üstün nitelikli çalışmalarıyla 2018 yılı TÜBİTAK Teşvik Ödülü’ne layık görülen Doç. Dr. Hasan Şahin ile bir söyleşi gerçekleştirdik.

Fizik

Gözümüz karanlık veya aydınlık ortamlarda, nesnelerin çok uzakta ya da çok yakında olduğu durumlarda net görüntüler oluşturabiliyor. Etkileyici fotoğraflar çekebilmek içinse fotoğraf makinesinde doğru ayarların yapılması gerekiyor. Gelin, görüntü oluşturma özelliğine sahip olan insan gözü ile fotoğraf makinesini karşılaştıralım.

Fizik

İletken, yüksüz iki levhanın birbirine paralel biçimde boşlukta konumlandırıldığını düşünelim. Klasik elektromanyetik kuram levhalara net bir elektriksel kuvvet etki etmeyeceğini söyler. Ancak gerçekte durum çok daha farklıdır.