Arka plan
Bu Fizik Bilimi Ünitesinde öğrenciler nesnelerin nasıl hareket ettiğini keşfedecek ve ayrıca nesneler üzerinde etki eden kuvvetleri araştıracaklar. Hareket ve Kuvvet Fizik Biliminin temel kavramlarıdır. Evrendeki her şey sürekli hareket halindedir ve yer çekimi gibi dengeli ve dengesiz kuvvetlerin etkisi altındadır.
Bir cisme etki eden dengesiz bir kuvvet onun hızını ve/veya hareket yönünü değiştirir. Kuvvetler dengelenmişse cisim hareketsiz kalacaktır. Eğer cisme etki eden kuvvetler dengesiz ise cisim hareket eder. Bu Ünitede öğrenciler Süper Araba üzerindeki dengeli ve dengesiz kuvvetleri deneyecekler.
Kuvvet Nedir?
Kuvvet, bir cisme uygulanan itme veya çekmedir. Bir cisme kuvvet uygulandığında ve bu kuvvet karşı konulmaz olduğunda, cismin hareketini değiştirir. Dengeli kuvvetler olduğu gibi dengesiz kuvvetler de vardır. Yönleri eşit fakat zıt olan kuvvetlere dengeli kuvvetler denir. Dengeli kuvvetler cismin hareket etmesine neden olmaz.
Dengeli bir kuvvete örnek olarak iki grup insanın aynı miktarda kuvvetle halat çekme oyunu oynaması gösterilebilir. Bu, ipin yerinde kalmasını sağlar, çünkü her iki tarafa uygulanan zıt kuvvetler eşittir. Ancak dengelenmemiş kuvvetler cismin veya cisimlerin hareket etmesine neden olur.
Eğer iki taraf aynı kuvvetle çekilirse ne ip hareket eder ne de çeken kişi. Ancak çekme kuvveti bir tarafta fazla olursa hem ipin hem de diğer taraftaki insanların hareket etmesine neden olur.
Yerçekimi veya yerçekimi kuvveti çekim kuvvetidir. Dünya'da yer çekimi, Dünya'nın bize uyguladığı, bizi çeken ve bizi yerde tutan kuvvettir. Bu kuvvet, ağırlığımızın ne kadar olduğunu, uçan bir topun yüksekliğini veya gezegendeki herhangi bir fiziksel kuvveti belirler.
Bu Ünitede öğrenciler, Güçsüz Süper Arabalarını bir rampanın üzerine yerleştirerek dengeli ve dengesiz yerçekimi kuvvetiyle ilgili deneyler yapacaklar.
Lab 5 sırasında öğrencilere, VEXcode GO kullanılarak Code Super Car'ın hız ayarlarının değiştirilmesi yoluyla hız kavramı tanıtılacak. Hız, bir cismin ne kadar hızlı ve hangi yönde hareket ettiğinin ölçüsüdür. Öğrenciler Code Super Car'ın hızını azaltırsa, Code Super Car'ın uyguladığı kuvvet miktarı azalacaktır. Dengeli kuvvetler, Kod Süper Araba'nın hızının sabit kalmasını sağlayacaktır. Dengesiz bir kuvvet, Kod Süper Araba'nın hızlanmasına veya yavaşlamasına neden olur.
Hareket Nedir?
Hareket harekettir. Bu hareket, bir cismin ne kadar uzağa gittiği, ne kadar hızlı hareket ettiği ve hangi yöne hareket ettiği gözlemlenerek ve ölçülerek analiz edilebilir. Daha doğrusu hareket, Newton'un üç yasası kullanılarak tanımlanabilir.
Newton'un Birinci Hareket Yasası
Newton'un Birinci Hareket Yasası: Hareketsiz bir cisim hareketsiz kalır ve hareket halindeki bir cisim hareket halinde kalır, dengesiz veya harici bir kuvvet tarafından etkilenmediği sürece.
Nesneler hareketsizken, öğrencilerin neden hareketsiz olduklarını anlamaları daha kolaydır. Ancak, cisimler hareket halindeyken ya yavaş yavaş yavaşlıyorlar ya da sürtünme, yer çekimi gibi bazı kuvvetler nedeniyle aniden duruyorlarsa, bu kavramların kolaylıkla görülmesi çoğu zaman mümkün olmaz. Bu nedenle kavramsallaştırılmaları daha zordur. Hareketsiz duran cisimler çoğu zaman o cisim üzerindeki kuvvetlerin dengelenmesi sonucu oluşur. Bir cisim hareket halindeyken, üzerine dengesiz veya dışarıdan bir kuvvet etki edene kadar hareket etmeye devam eder. Örneğin, bir topu yokuş aşağı yuvarlarsanız, bir şeye çarpana veya düz bir yüzeye çıkana ve sürtünme ve/veya yer çekimi nedeniyle yavaşlayana kadar yuvarlanmaya devam eder.
Newton'un İkinci Hareket Yasası
Newton'un İkinci Hareket Yasası: Bir cismin ivmesinin, cismin kütlesine ve üzerine etki eden kuvvete bağlı olduğunu belirtir Yasa, kuvveti kütle ile ivmenin çarpımına eşit olarak tanımlar. (yani F = m*a).
Bir cisme uygulanan kuvvet ne kadar büyükse, cisim o kadar fazla etkilenir. Dikkate alınması gereken çok sayıda koşul var. Örneğin, nesne ne kadar ağır veya büyük? Nesne ne kadar ağır veya büyükse, onu hareket ettirmek için o kadar fazla kuvvet gerekecektir.
Newton'un Üçüncü Hareket Yasası
Newton'un Üçüncü Hareket Yasası: şunu belirtir: Her eylem için eşit ve zıt bir tepki vardır. Başka bir deyişle, eğer 1. cisim 2. cisim üzerine bir kuvvet uyguluyorsa, 2. cisim de 1. cisim üzerine eşit bir kuvvet uygular.
Bir sandalyeye oturduğunuzu düşünün. Otururken uyguladığınız kuvvete, yukarıya doğru bir kuvvetin karşı koyması gerekir, aksi takdirde sandalye çöker. Dengeli ve dengesiz kuvvetler açısından, kuvvetler dengelendiğinde cisim hareket etmez, durur. Örneğin, kolunuzu duvara doğru ittiğinizi düşünün. Kolunuzun kuvveti, duvarın uyguladığı kuvvetle dengelenerek hareketsiz kalabilirsiniz. Kuvvetler dengesiz de olabilir. Kuvvetler dengesiz olduğunda cisimler hareket eder. Bu, bir kuvvetin diğerinden daha büyük olmasından kaynaklanır.
Dişliler Nedir?
Dişliler, kuvveti bir konumdan diğerine aktarmak için kullanılan, kenarlarında dişler bulunan tekerleklerdir. Bu, aynı kuvveti aktarmak için aynı boyuttaki dişlilerle yapılabileceği gibi, kuvvet aktarılırken hız veya güç avantajı yaratmak için farklı boyutlardaki dişliler kullanılarak da yapılabilir.
Dişlilerin yaratabileceği mekanik avantajlar iki türlüdür. Mekanik Avantaj aynı miktarda işi yapmak için daha az kuvvete ihtiyaç duyulması durumudur çünkü uygulanan kuvvetin yönünü artırmak ve değiştirmek için basit bir makine (bu durumda: dişliler) kullanılır. Mekanik avantaj, özel ihtiyaçları karşılayacak şekilde ayarlanabilir. Aynı büyüklükteki iki dişli birbirine geçirildiğinde 1-1 oranında güç aktarımı meydana gelir. Mekanik avantajın diğer iki türü hız ve torktur.
Dişlilerin hareket etme şekline gelince, bir tahrik dişlisi ve bir tahrik edilen dişli vardır. Tahrik dişlisi, gücü başka bir dişliye ileten veya ileten dişlidir. Tahrik edilen dişli, başka bir dişli tarafından ileri doğru itilen dişlidir.
Tork , tahrik edilen bir dişlinin veya makinenin çıkışını daha güçlü hale getiren mekanik bir avantajdır. Tork, daha küçük bir dişlinin daha büyük bir dişliyi döndürmesiyle oluşur. Küçük dişlinin büyük dişliyi bir tam tur döndürmesi için daha fazla tur atması gerekir. Aşağıdaki animasyonu izleyerek küçük bir dişlinin daha büyük bir dişliyi nasıl döndürdüğünü görebilirsiniz.
Hız , bir cismin zaman içinde kat ettiği mesafedir ve tahrik edilen dişli veya makinenin çıkışını daha hızlı hale getiren mekanik bir avantajdır. Bu avantaj, daha büyük bir dişlinin daha küçük bir dişliyi tahrik etmesiyle oluşur. Aşağıdaki animasyonu izleyerek büyük bir dişlinin küçük bir dişliyi nasıl döndürdüğünü görebilirsiniz.
Hız, torkla ters orantılıdır. Çıkışta hız isteniyorsa torkun düşürülmesi gerekir. Tersi de doğrudur, eğer çıkışta daha fazla tork veya güç isteniyorsa, hız düşecektir.
VEX GO Kit'in dört tip dişlisi vardır: Kırmızı Dişli 8 dişli, Yeşil Dişli 16 dişli, Mavi Dişli 24 dişli ve Pembe Dişli 24 dişlidir. Kırmızı, Yeşil ve Mavi Dişliler hız ve torku aktarabilir. Pembe Dişli'nin merkezinde kare delik yoktur ve bir "rölanti" dişlisidir. Genellikle dişli oranını değiştirmeden torku bir konumdan diğerine aktarmak için kullanılır.
