Hareket ve Hareket Türleri
Doğada gözlemlenen en temel olgulardan biri harekettir. Denizin dalgalanması, kuşların uçması, Ay'ın Dünya'nın etrafındaki dönüşü, musluktan suyun akması, topun yerde yuvarlanması doğadaki hareketlerden bazılarıdır. Hareketler, hareketin doğasına ve özelliklerine göre sınıflandırılır. Bir arabanın otoyoldaki hareketi, bir salıncağın sallanması, bir vantilatör pervanesinin dönmesi gibi hareket türlerinin anlaşılması; fizik, mühendislik, biyomekanik gibi alanlarda çok önemlidir.
Hareketin Temel Kavramları
Nesnenin yeri, hızı, hareketindeki değişim ve hareketinin nitelikleri hareket ile ilgili temel kavramlar kullanılarak belirlenir.
Referans Noktası: Bir cismin hareketini tanımlamak için kullanılan, cismin konumunu belirtmek için seçilen ve hareket etmediği kabul edilen noktadır. Örneğin bir haritada seçilen bir referans noktasının kuzeybatısında alışveriş merkezi, batısında benzin istasyonu, güneybatısında gençlik merkezi bulunabilir; bu yerlerin tarifi hep seçilen referans noktasına göre yapılır.
Konum: Cismin herhangi bir anda referans noktasına göre bulunduğu yerdir. x sembolü ile gösterilen konumun SI'da birimi metredir (m). Konum, referans noktasından başlayıp cismin bulunduğu noktaya doğru çizilen konum vektörü ile gösterilir; konum vektörel bir niceliktir. Örneğin kartezyen koordinat sisteminin orijini referans alınarak verilen bir A noktasının konumu (4, 2) şeklinde ifade edilebilir.
Alınan Yol: Cismin hareketi boyunca çizdiği yörüngenin uzunluğudur. x sembolü ile gösterilen alınan yolun SI'da birimi metredir (m) ve alınan yol skaler bir niceliktir.
Yer Değiştirme: Hareketlinin son konumu ile ilk konumu arasındaki yönlü uzaklıktır. Δx sembolü ile gösterilir, SI'da birimi metredir (m) ve vektörel bir niceliktir; Δx = x_son − x_ilk matematiksel modeli ile bulunur. Örneğin sabah odasından çıkıp okula giden, spor yapan, kitap okuyan ve son olarak film izleyip odasına dönen bir kişinin ilk ve son konumu aynı (odası) olduğundan yer değiştirmesi sıfırdır — halbuki aldığı yol sıfırdan çok daha büyüktür.
Sürat: Hareketlinin birim zamanda aldığı yoldur. υ sembolü ile gösterilir, SI'da birimi metre/saniyedir (m/s) ve skaler bir niceliktir; Sürat = Alınan yol / Zaman (υ = x/Δt) formülüyle bulunur.
Anlık Sürat: Anlık hızın büyüklüğüdür; skaler bir niceliktir ve SI'da birimi m/s'dir. Bir aracın sürat göstergesinde o anda okunan 60 km/h değeri, aracın anlık süratidir.
Ortalama Sürat: Bir hareketlinin tüm hareketi boyunca aldığı yolun tamamının hareket süresine oranıdır; skaler bir niceliktir ve SI'da birimi m/s'dir: Ortalama sürat = Alınan toplam yol / Hareket süresi.
Hız: Hareketlinin birim zamanda yaptığı yer değiştirmedir. υ sembolü ile gösterilir, SI'da birimi m/s'dir ve vektörel bir niceliktir; Hız = Yer değiştirme / Zaman (υ = Δx/Δt = (x_son − x_ilk)/(t_son − t_ilk)) formülüyle bulunur.
Anlık Hız: Bir hareketlinin belirli bir andaki hızıdır; vektörel bir niceliktir. Sürat göstergesi anlık olarak 60 km/h'yi gösteren ve doğu yönünde hareket eden bir aracın anlık hızı, doğu yönünde 60 km/h'dir.
Ortalama Hız: Bir hareketlinin tüm hareketi boyunca yer değiştirmesinin hareket süresine oranıdır; vektörel bir niceliktir: Ortalama hız = Toplam yer değiştirme / Hareket süresi.
İvme: Hareketlinin birim zamandaki hız değişimidir. a sembolü ile gösterilir, SI'da birimi metre/saniyekaredir (m/s²) ve vektörel bir niceliktir; İvme = Hız değişimi / Zaman (a = Δυ/Δt = (υ_son − υ_ilk)/(t_son − t_ilk)) formülüyle bulunur.
Örnek Uygulama
Emine'nin yaşadığı bölgede A, B ve C konumları arasında dik açı yapan bir yol vardır: A'dan B'ye 80 m, B'den C'ye 60 m'dir. Emine bu yolu 40 saniyede tamamlıyor. Buna göre Emine'nin aldığı yol 80 + 60 = 140 m'dir. Yer değiştirmesi ise A'dan C'ye çizilen doğrunun uzunluğuna eşittir; kenarları 60 m ve 80 m olan dik üçgenin hipotenüsü olan bu uzunluk Pisagor bağıntısıyla √(60² + 80²) = √10.000 = 100 m bulunur. Ortalama sürati 140/40 = 3,5 m/s, ortalama hızının büyüklüğü ise 100/40 = 2,5 m/s olur. Bu örnek, aldığı yol ile yer değiştirmenin ve buna bağlı olarak sürat ile hızın birbirinden neden farklı olduğunu somut biçimde gösterir.
Hareket Türleri
Bir cisim, seçilen referans noktasına göre zamanla yer değiştiriyorsa "cisim hareket ediyor" denir. Cisimlerin yaptığı hareket türü referans noktasına göre belirlenir. Örneğin balkondan düşen bir saksının hareketi ile Güneş'in etrafında belli yörüngelerde dolanan gezegenlerin hareketi birbirinden farklıdır; bu hareketler analiz edilirken hareket türüne ait tanımlamalar ve hesaplama yöntemleri kullanılır. Doğada görülen hareket türleri genel olarak öteleme, dönme ve titreşim hareketi şeklinde sınıflandırılır.
Öteleme Hareketi
İstasyondaki bir tren harekete geçtiğinde trenin tüm parçaları, istasyona göre belirli bir doğrultu ve yönde ilerleme hareketi yapar. Cismi oluşturan parçaların birlikte ve aynı yönde hareket etmesine öteleme hareketi denir. Doğrusal bir yol boyunca balkondan yere düşen saksının, duvar kenarına itilen masanın, buz pistinde ilerleyen patencinin hareketleri öteleme hareketine örnek verilebilir.
Dönme Hareketi
Çalışırken ısınan bir bilgisayar işlemcisinden sıcak havayı uzaklaştıran fanın pervanesinin üzerindeki her nokta, fanın merkezinden geçen mil çevresinde ve merkeze uzaklıkları değişmeden döner. Cismin sabit bir nokta etrafında çember çizerek yaptığı harekete dönme hareketi denir. Sabit bir nokta etrafında lunaparklardaki dönme dolabın, mekanik saatlerde akrep ve yelkovanın, helikopterlerde pervanenin hareketi dönme hareketine örnek verilebilir.
Titreşim Hareketi
Gitarın gerilmiş tellerine vurulduğunda tel, bir denge noktası etrafında gidip gelme hareketi yapar. Referans noktası olarak bir denge konumu alındığında bu denge konumundan geçerek oluşan gidip gelme hareketine titreşim hareketi denir. Denge konumuna göre salıncakta sallanan bir kişinin, su yüzeyindeki dalgaların, ses çatalına (diyapazon) vurulduğunda çatalın hareketleri titreşim hareketine örnek verilebilir.
Hareket Türlerinin Birlikte Görülmesi
Bazı hareketler bu sınıflandırmadaki hareket türlerinden yalnızca biriyle açıklanabilirken bazıları birden fazla hareket türünü aynı anda barındırabilir. Örneğin evden okula giden bir bisikletlinin hareketi temelde öteleme hareketi iken bisikletin tekerleği aynı anda hem dönme hem öteleme hareketi yapmaktadır. Benzer şekilde sürgülü bir dolap kapağındaki tekerleğin hareketi öteleme ve dönme hareketini birlikte içerir; zıplama çubuğu ile ilerleyen bir çocuğun hareketi öteleme ve titreşim hareketini birlikte içerir; atlıkarıncaya binen bir çocuğun hareketi ise dönme ve titreşim hareketini birlikte içerir. Bu örnekler, günlük hayatta karşılaştığımız pek çok hareketin aslında tek bir türle değil, birden fazla temel hareket türünün bir arada gerçekleşmesiyle oluştuğunu gösterir.
Hareketin temel kavramlarını (referans noktası, konum, alınan yol, yer değiştirme, sürat, hız, ivme) ve hareket türlerini (öteleme, dönme, titreşim) doğru tanımlamak; trafikte sürat sınırlarının belirlenmesinden yeşil dalga sistemlerinin tasarımına, mühendislikteki mekanik sistemlerin analizinden gökcisimlerinin hareketinin incelenmesine kadar pek çok alanda doğru hesaplamalar yapabilmemizin temelini oluşturur.