Sistemi ve istenen niceliği adlandır
Bir hareket sorusu, bir kuvvet sorusu ve bir enerji sorusu aynı cismi anlatıp farklı modeller isteyebilir. Sorunun senden neyi bulmanı istediğini yaz, sonra verilen nicelikleri birimleriyle listele. Yolun ya da kuvvetlerin çizimi, hangi bağıntının ilgili olduğunu gösterebilir.
Başlangıç mekaniğinde verilen varsayımları görünür tut: sabit kütle, sabit ivme ya da ihmal edilebilir direnç. Bir formül bu varsayımlardan birine bağlıysa açıklamada yer alır. Uymayan bir modelle doğru yapılmış hesap, fiziksel soruyu yanıtlamaz.
Ortalama sürati ortalama hızdan ayır
Ortalama sürat, toplam alınan yolun geçen süreye bölümüdür. Ortalama hız, yönüyle birlikte yer değiştirmenin geçen süreye bölümüdür. 50 s içinde 100 m gidip 100 m dönen bir koşucunun ortalama sürati 200/50 = 4 m/s olur, ama son konum başlangıç konumuna eşit olduğu için ortalama hızı sıfırdır.
Bisikletli örneği, 30 s içinde 150 m yol için 5 m/s ortalama sürat verir. Bu toplamlar belirli bir andaki sürati göstermez. Soru anlık sürat istiyorsa, uygun bir grafikteki yerel eğim gibi ek bilgi gerekir.
Eğimini kullanmadan önce grafik eksenlerini oku
Alınan yolun zamana karşı grafiğinde eğim sürati verir. (10 s, 20 m) noktasından (30 s, 80 m) noktasına giden düz parçanın eğimi (80 − 20)/(30 − 10) = 3 m/s olur. 80/30 sonucunu değil, uçlar arasındaki değişimi kullan; çünkü bu parça orijinden sonra başlar.
Konum-zaman grafiği alınan yolu değil konumu kullanır; eğimi hızı verir ve bu hız negatif olabilir. Hız-zaman grafiğinde eğim ivmedir; bir zaman aralığındaki işaretli alan ise yer değiştirmeyi verir. Düşey nicelik değişince aynı yükselen çizginin anlamı da değişir.
Newton’un ikinci yasasında net kuvveti kullan
Eylemsiz bir referans sisteminde, kütlesi sabit bir cisim için dış kuvvetlerin vektör toplamı Fnet = ma’dır. 2 kg’lık bir arabada sağa 10 N yatay kuvvet ve sola karşı koyan 4 N kuvvet olsun. Sağ pozitif alınırsa Fnet = 10 − 4 = 6 N olur, ivme de sağa 6/2 = 3 m/s² olur.
Yalnız 10 N’luk uygulanan kuvvet net kuvvet değildir. Kuvvet çizimi, seçilen cisim üzerindeki kuvvetleri ve ilgili yönleri içermelidir. Düşey kuvvetler dengede olabilir, yatay kuvvetler olmayabilir. İşaretli bileşenleri hesaplamadan önce eksen kuralını söyle.
Verilen koşullarda işi enerjiyle bağla
Yer değiştirmeye paralel sabit bir kuvvet için iş, kuvvet ile yer değiştirmenin çarpımıdır. Aynı yönde 3 m boyunca etki eden 6 N’luk bir kuvvet 18 J iş yapar. Kuvvet bir açıyla yönelmişse yer değiştirme boyunca bileşeni önemlidir; sabit kuvvet için genel bağıntı W = Fd cos θ’dır.
Dünya yüzeyine yakınken g pratikte sabitse, kütleçekim potansiyel enerjisindeki değişim ΔU = mgΔh olarak modellenebilir. g = 9,8 m/s² ile 2 kg’ı 1,5 m yükseltmek 29,4 J verir. Enerji değerlerini karşılaştırmadan önce yükseklik değişimini ve modeli söyle.
Birimleri dönüşümlerde ve kontrollerde taşı
54 km/h değerini m/s’ye çevirmek için 1000 m/km ile çarp ve 3600 s/h’ye böl: 54 × 1000/3600 = 15 m/s. Birimlerin sadeleşmesi, çarpanların neden bu sırada olduğunu gösterir. Kuvvet kütleye bölününce ivme çıkar, çünkü N/kg ile m/s² eşdeğerdir.
İstenen niceliği, işaretleri, birimleri ve mantıklı büyüklük mertebesini ayrı ayrı kontrol et. Boyut kontrolü yanlış bir formülü ortaya çıkarabilir ama seçilen modelin duruma uyduğunu kanıtlamaz. Belirsizlik hesapta değil modeldeyse çizimini ve denediğin çözümü Lirno’ya getir.
Birkaç kuvvet iş yaptığında enerji dengesini kullan
Sabit 12 N’luk yatay bir itme bir kutuyu 3 m sağa götürür. Sabit 4 N’luk sürtünme kuvveti harekete karşı koyar. İtme +36 J iş yapar, sürtünme −12 J iş yapar. İş yapan kuvvetler yalnız bunlarsa net iş +24 J olur, kutunun kinetik enerjisi de 24 J artar.
Kütlesi 2 kg olan ve durgun başlayan bir kutu için ΔK = ½mv² bağıntısı 24 = ½ × 2 × v² verir; buradan v = √24 ≈ 4,90 m/s çıkar. Kuvvet kontrolü net kuvveti 8 N, ivmeyi 4 m/s² verir; v² = 2as = 24, aynı sabit kuvvet koşullarında bununla uyar. Yalnız itmeyi kullanmak, sürtünmenin aktardığı enerjiyi atlar.
