7.Sınıf Fen ve Teknoloji Kuvvet ve Hareket Konu Anlatımı

7. SINIF 2. ÜNİTE KUVVET VE ENERJİ

AĞIRLIK VE KÜTLE İLİŞKİSİ

Bir maddeye yer çekimi etki ettiğinde ağırlık ortaya çıkar. Yer çekimi bulunmayan alanlarda ağırlık yoktur.

Yer çekimi (kütle çekimi) Dünya’nın tüm cisimlere uyguladığı bir kuvvettir.

Yer çekiminin yönü Dünya’nın merkezine doğrudur.

 

Yer çekiminin neden olduğu olaylar:
Suların aşağı doğru akması, elmanın yere düşmesi, yemeğin tabakta durması, bir yaya ağırlık asıldığında yayın uzaması, Yağmurun yağması vb.

Ağırlık, genellikle kütle kavramıyla karıştırılmaktadır. Bu yüzden önce iki kavram arasındaki farkı açıklayalım.

Kütle: Madde miktarına kütle denir. Yani bir maddenin ne kadar atom taşıdığı onun kütlesiyle alakalıdır. Tüm maddelerin kütlesi vardır.
Maddelerin kütlesi olmak zorundadır ama ağırlığı olmayabilir.

Kütle ve ağırlık arasındaki ilişkiyi yukarıdaki resme bakarak daha iyi anlayabiliriz. Kütle yer çekiminden etkilenmediği için Dünya ve Ay’da aynı kalmıştır.
Ay’da yer çekimi az olduğu için ağırlık değişmiştir.

Kütle ve Ağırlığın Karşılaştırması

-Kütle yer çekimiyle değişmez, ağırlık değişir.

-Kütle eşit kollu teraziyle ölçülür, ağırlık dinamometreyle.

-Kütlenin birimi kilogram, ağırlığın birimi Newton’dır.

-Kütlesi olmayan madde yoktur, ağırlı olmayan madde olabilir.

Ağırlık hesaplama
Dünya deniz seviyesindeki 1 kg kütleli cisme 10 Newton kuvvet uygular. Aslında bu değer 9.81 N’dur ama yaklaşık olarak 10 N kabul edilir. Yer çekiminin oluşturduğu kuvvete de ağırlık denir.

- Kütlesi 35 kg olan bir öğrencinin ağırlığını hesaplayalım

Her bir kg’a 10 N denk geliyorsa,

35 x 10 = 350 N olur.

-500 g sütün ağırlığını bulalım.

Önce 500 gramın kaç kilogram olduğunu bulmalıyız.
1 kg = 1000 g olduğuna göre,
500/1000 =  0,5 kg buluruz.

Her bir kg’a 10 N denk geliyorsa,

0,5 x 10 = 5 N olarak buluruz.

  

BASINÇ

KATI BASINCI

Basınç çoğunlukla kuvvetle karıştırılan bir kavramdır. Fakat aynı şiddetteki iki kuvvetin basıncı farklı olabilmektedir. Bunu bir örnekle açıklayalım.

Yukardaki resimde iki ayakkabı görüyoruz. Bu ayakkabıları ayrı ayrı giyen bir bayanın kumlu bir yolda yürüdüğünü düşünün.
Hangi ayakkabı yere daha çok batar?
Tabiki kırmızı ayakkabı yete daha çok batar. Aynı ağırlık uygulanmasına karşın basınçlar farklı olmaktadır.

Basınç kuvvetin temas ettiği alanın büyüklüğüyle alakalıdır.
Basıncın formülü basitçe şöyledir:
 

Basınç = Kuvvet / Yüzey alanı
P = F / S

Basınç birimleri:
Kuvvet birimi Newton’dur. ( N )
Alan birimi metrekare’dir. ( m² )
Basınç birimi ise N/m² veya Pascal(Pa)’dır.

Basınç ne kadar büyük olursa kuvvetin etkisi o kadar artar. Formüle bakarsak yüzey alanı arttığında basınç azalmakta, yüzey alanı küçüldükçe basınç artmaktadır. Bu yüzden sivri topuklu ayakkabıların yere uyguladıkları basınç fazladır.

Basınç etkisine hayattan örnekler:

• Bıçağın ağzı ince yapılarak basınç arttırılır. Bu sayede daha kolay kesim yapılır.
• Kar ayakkabıları geniş olduğu için basınç azalır ve bu sayede kar üstünde yürünebilir.
• İş makinelerinin paletleri geniş yapılır ki basınç azalsın ve makineler toprağa batmasın.
• Çivilerin uçları sivri yapıldığı için basınç artar ve çivi daha kolay zemine girer.

Yukarıdaki araçlar basıncın etkisini azaltan veya arttıran özelliklerde tasarlanmışlardır.
Hepimiz çiviyle yapılan gösterileri izlemişizdir. Bu gösterilerde sivri çiviler yan yana dizilir ve gösteri yapan kişi çiviler üzerine uzanır. Tek başına bir insanı yaralayabilecek olan çiviler çok sayıda olduğunda yüzey alanı ( A ) artar ve basınç azalır. Bu sayede göstericiye hiçbir şey olmaz.

SIVI BASINCI

Sıvılar da katı ve gazlar gibi basınç oluşturma etkisine sahiptir. Bir sıvının basıncı derinlik, sıvı özkütlesi ve yer çekimi ivmesine bağlıdır. Tüm sıvılar içinde bulunan cisimlere bir basınç uygularlar. Suda yüzdüğünüzü düşünün. Bu durumda derinlere daldıkça üzerinizde bulunan su vücudunuza bir baskı yapması doğaldır. Ne kadar derine inerseniz üzerinizdeki su kütlesi artar ve doğal olarak üzerinize yapılan baskı da artar. İşte bu baskı sıvı basıncından kaynaklanmaktadır.

Sıvı basıncının Formülü
Sıvı basıncı hesaplanırken basıncı hesaplanacak noktanın derinliği (h), sıvının yoğunluğu (dsıvı) ve yer çekimi ivmesi bilinmelidir.

 

Psıvı = h.d.g

Sıvı basıncı kabın her yönünde etki eder

Yandaki resimde sıvı basıncının her yönde aynı etkiyi gösterdiği anlatılıyor. Resme dikkatli baktığımızda basınç ölçerlerin ucu hangi tarafa çevrilirse çevrilsin göstergelerde okunan değer değişmiyor. Bu da bize sıvı basıncının her yönde eşit büyüklükte olduğunu kanıtlıyor. Burada dikkat etmemiz gereken ölçüm yapılan noktaların derinliklerinin aynı olduğu. Eğer derinlik değişseydi ölçülen basınçlar da değişirdi.

 

Sıvı Basıncına Derinliğin Etkisi
Sıvının derinliği arttıkça oluşturduğu basınç değeri artar. İçi sıvı dolu bir kabın farklı noktalarını deldiğimizde deliklerden fışkıran sıvıların tazyikleri farklıdır. eEn alttaki delikten fışkıran suyun tazyiki diğerlerinden daha fazladır. Bu da bize derinlik arttıkça sıvı basıncının arttığını kanıtlar.

  

Sıvı basıncı kabın şekline bağlı değildir.

Sıvıların basıncı kabın şekli değişse dahi sabit kalır. Sıvı basıncı formülüne baktığımızda derinlik, özkütle ve yer çekimi ivmesinden başka hiçbir faktör sıvı basıncını etkilememektedir. Yanda görülen resim “birleşik kaplar” olarak adlandırılır. Bu kapta farklı şekil ve kalınlıkta 3 bölüm bulunmaktadır. Bu bölümlerdeki sıvıların hepsinin aynı hizada olması şeklin önemsiz olduğunu kanıtlamaktadır.

GAZLARIN BASINCI

Yüzerken suyun vücudumuza uyguladığı basınca benzer olarak hava da bedenimize bir basınç uygulamaktadır. Bunu daha iyi anlayabilmek için havadan oluşan bir denizin dibinde yaşadığımızı düşünebilirsiniz. Tıpkı suyun içindeki nesnelere basınç uygulamasında olduğu gibi hava da içindeki nesnelere basınç uygulamaktadır. 

Hava basıncının etkisini pet şişeler üzerinde yapılan gözlemlerde rahatlıkla görebiliriz. Pet şişenin içindeki ve dışındaki gaz basıncı birbirine eşit olmalıdır. Eğer içindeki gaz alınırsa pet şişe dış basınca eşit bir iç basınç oluşuncaya dek büzüşür.

Yandaki resimde iki şişedeki gaz basıncı da birbirine ve hava basıncına eşittir. Ama sağdaki kabın havası alındığı için aynı basıncı sağlamak için daha küçük bir hacme sahip olması gerekir.

Gaz basıncının varlığını kanıtlamak için ters bardak deneyini yapabiliriz. Bu deneyde bir bardak ağzına kadar suyla doldurulur ve bir kağıt bardağın üzerine kapatılır. Kağıdı elimizle tutup yavaşça ters çevirdiğimizde suyun dökülmediğini görebiliriz. Kağıdın düşmesini engelleyen havanın uyguladığı gaz basıncıdır.

Gazların basıncını göstermek için pek çok deney yapılabilir. Bunlara bir örnek olarak yandaki resimleri inceleyebilirisiniz. Bu resimlerde bardakların içindeki basınç hava basıncıbndan düşük olduğu için balona sıkıştırılır ve düşmeden durur.

Gaz basıncı tüm gazlar için ortak bir kavramdır. Dünyamızı saran atmosfer tabakası da bir gaz olduğuna göre soluduğumuz havanın da bir basıncı vardır. İşte bardakları tutan bu basınçtır. Atmosferin içindeki cisimlere uyguladığı basınca açık hava basıncı veya atmosfer basıncı denir.

Açık hava basıncı üzerinde ilk deneyleri yapan Torricelli(Toriçelli) ‘dir.

 

Toriçelli açık hava basıncını göstermek için 1metre uzunluğunda içi cıva dolu cam bir boru kullanmıştır.
Bu deneyde civa dolu boru içi yine civa dolu kaba ters çevrilip ucu açıldığında, civanın bir kısmı kaba boşalmış ama bir miktarı hala boruda kalmıştır. İşte bu borudaki civa seviyesi milimetreyle ölçülerek açık hava basıncı milimetre/cıva (mm/Hg) cinsinden bulunmuştur. Deniz seviyesinde, 0 santigrat derecede atmosfer basıncı 760 mmHg olarak kabul edilmiştir.

 

Atmosfer basıncının insanlar üzerine etkisi
Atmosferdeki gazlar canlı ve cansız tüm varlılara basınç uygular. İnsan vücuduna da aynı basınç etki etmektedir. Hava her santimetre kareye yaklaşık 10N kuvvet uygular. Bu hesapla ortalama bir insan vücuduna 150.000N kuvvet etki etmektedir. Vücut içi sıvı basıncıyla dengelendiği için 15 at arabası ağırlığındaki bu yükü biz hissedemeyiz.
Uzaya çıkan insanlar bu nedenle basınç dengeleyici elbiseler giymek zorundadır. Çünkü uzayda vucut içi sıvı basıncımızı dengeleyecek bir hava basıncı bulunmamaktadır.

Gaz basıncından yararlanarak çalışan aletler
Günlük hayatta gaz basıncından yararlanarak pek çok alet geliştirilmiştir. Özellikle gazların itici etkisinden yatrarlanılan aletler yoğun olarak kullanılmaktadır. Deodorantlarda, traş köpüklerinde, yangın söndürme tüplerinde, bisiklet pompalarında, mutfak tüplerinde, otomobil hava yastıklarında hep gaz basıncından yararlanılır.

Açık hava basıncı yükseğe çıktıkça azalır, deniz seviyesine inildikçe artar.

Açık hava basıncı nasıl ölçülür? Toriçelli’nin kullandığı can çubukla aynı şekilde çalışan Barometre isimli aletler açık hava basıncını ölçmekte kullanılırlar.
Kapalı kaplardaki gaz basıncı ise Manometre isimli aletlerle ölçülür.

İŞ NEDİR?

Günlük hayatta kullandığımız “iş” kavramıyla fiziksel anlamda kullanılan iş kavramı aynı değildir.
Fiziksel olarak iş yapılması için kuvvet ve kuvvet doğrultusunda hareket olmak zorundadır.  

İşin özellikleri

• Kuvvet olmalı
• Hareket olmalı
• Kuvvet ve hareket aynı doğrultuda olmalı.

Yukarıdaki resimde kuvvet ve hareket aynı doğrultudadır. O halde iş yapılmaktadır.

Çanta taşıyan çocuğun çantayı kaldırmak için uyguladığı kuvvet yukarı doğrudur. Hareket yönü ise Doğu yönündedir.
Kuvvet ve hareket farklı doğrultuda olduğu için iş yapılmaz.

Yukarıdaki resimde ip çeken adamın uyguladığı kuvvet ve hareketin doğrultusu aynı olduğu için iş yapılmış olur.

Evi çekmeye çalışan eşek, kuvvet uyguladığı halde evi hareket ettirememektedir. Kuvvet vardır ama hareket yoktur. Bu nedenle iş yapılmaz.

İşin Birimi
Bir maddenin enerjisindeki değişim yapılan işe eşittir. Bu nedenle işin birimi enerji birimiyle aynıdır.
İş birimi olarak Joule(J) ve N.m (newton metre) kullanılır.

İşin Formülü
Bir kuvvetin yaptığı işi hesaplamak için kuvvet ve kuvvetin cismi götürdüğü mesafeyi çarpmak gerekir.
İş = Kuvvet . Yol
( W = İş, F = Kuvvet, X = Yol )

20 newton’luk kuvvetin etkisiyle 15 metre sürüklenen kutuya yapılan işi bulalım.
İş = 20 N x 15 m
= 300 Nm ya da 300 J

Bir kuvvetin iş yapması için kuvvet ve hareketin aynı yönde olması değil aynı doğrultuda olması gerekir. Doğrultu ve yön kavramları karıştırılmamalıdır.
Bir örnekle açıklarsak, Kuvvet yukarı olduğu halde cisim aşağı hareket ederse iki büyüklük de düşey doğrultuda olduğu için iş yapılmış olur.

ENERJİ ÇEŞİTLERİ

KİNETİK ENERJİ

Hareketli cisimlerin sahip olduğu enerjiye kinetik enerji denir.
Kinetik enerjiye hareket enerjisi de denir.

Kinetik Enerji Özellikleri

• Kinetik enerji kütleyle doğru orantılıdır. Kütle arttıkça kinetik enerji artar.
• Kinetik enerji hızla doğru orantılıdır. Hız arttıkça kinetik enerji artar.

Kinetik Enerji Örnekleri

• Hareketli otomobil.
• Yuvarlanan top.
• Koşan çocuk.
• Düşmekte olan elma.
• Dönen çark.
• Akarsu.
• Saatin yelkovanı.
• Hareketli salyangoz.
• Rüzgar vb gibi cisimlerin kinetik enerjisi vardır.

Kütleleri aynı olan iki hareketliden sürati daha fazla olanın kinetik enerjisi daha büyüktür. Yukarıdaki koşucu 2. durumda daha süratli koştuğu için kinetik enerjisi daha fazladır.

İki cismin süratleri aynıysa kütlesi fazla olanın kinetik enerjisi daha fazladır. Şekilde uçak ve otomobilin süratleri aynıdır. Kütlesi daha fazla olan uçağın kinetik enerjisi daha fazladır.

Kinetik enerjinin formülü

Fen ve teknoloji 7. sınıf müfredatında kinetik enerji formülü verilmemektedir. Burada sadece bir bilgi olarak formül verilecektir.

K= Kinetik enerji
m= Kütle

v= Hız

Formüle bakarsak kinetik enerji hızın karesiyle doğru orantılıdır. Yani hızı 3 kat artırırsak kinetik enerji 3² = 9 kat olarak artar.

Sürtünmeli ortamlarda kinetik enerji ısı enerjisine dönüşerek kaybolur.

Sürtünme yoksa : A’dan bırakılan top C’ye kadar yükselebilir.
Sürtünme varsa : A’dan bırakılan top C’ye ulaşamadan B-C arasına kadar çıkabilir.

Enerji dönüşümü
Enerji türleri birbirine dönüşebilir. Kinetik enerji ve potansiyel enerji de birbirlerine dönüşebilir.

Bisiklet dik çıkarken hızı azalır ve kinetik enerji potansiyel enerjiye dönüşür.

Bisiklet aşağı inerken hızlanır ve potansiyel enerji kinetik enerjiye dönüşür.

POTANSİYEL ENERJİ

Cismin konumundan dolayı sahip olduğu enerji türüne potansiyel enerji denir.
Potansiyel enerji cismin bünyesinde saklı duran, fırsatını bulduğunda harekete geçen bir enerjidir.

Potansiyel enerjiyi daha iyi anlamak için bazı örnekleri inceleyelim.

Daldaki bir elmanın potansiyel enerjisi vardır.
Elma dalda durmaktadır ama sapının kopması halinde harekete geçeceği ve aşağı düşeceğini biliriz. (enerji var ama henüz harekete geçmemiştir.)

Gerilmiş bir lastiğin de potansiyel enerjisi vardır.
Lastik gerilmiş haliyle hareketsizdir. Ama bırakıldığında harekete geçeceğini biliriz.

Bu örneklerde olduğu gibi cismin konumundan dolayı sahip olduğu enerjilere potansiyel enerji denir.

Potansiyel enerji ikiye ayrılır.

Potansiyel enerji türleri
1. Çekim Potansiyel Enerji
Yer çekimi sayesinde, yerden yüksekteki cisimlerin sahip olduğu enerjidir.
Daldaki elma, havadaki uçak, barajlardaki su, dağlardaki kar gibi yerden belirli bir yüksekliğe sahip tüm cisimlerin bir çekim potansiyeli vardır.

2. Esneklik Potansiyel Enerji 
Esnek cisimlerin sahip olduğu enerjidir.
Gerilmiş yay, çekilmiş lastik, sıkıştırılmış sünger gibi maddelerin esneklik potansiyeli vardır.

Potansiyel enerji özellikleri

Kütlesi aynı iki cisimden yerden daha yüksekte olanın potansiyel enerjisi daha fazladır. Şekilde 2 numaralı cismin yüksekliği daha fazla olduğu için çekim potansiyel enerjisi daha fazladır.

Yüksekliği aynı olan cisimlerden kütlesi daha fazla olanın çekim potansiyel enerjisi daha fazladır. Yukarıdaki şekilde 1 numaralı cismin kütlesi diğerinden fazla olduğu için çekim potansiyel enerjisi de daha fazladır.

Özdeş yaylardan 2 numaralı olan daha fazla gerildiği için esneklik potansiyeli daha fazladır.

Enerji Dönüşümü
Potansiyel ve kinetik enerjiler birbirlerine dönüşebilir.
örneğin barajlarda biriken suyun çekim potansiyel enerjisi vardır. Baraj kapakları açıldığında suyun potansiyel enerjisi kinetiğe dönüşür. Bu da suyun aşağı doğru akması anlamına gelir.

Aşağıdaki şekilde potansiyel enerjinin kinetik enerjiye dönüşümü gösterilmektedir.