Serbest cisim diyagramı nasıl çizilir, hangi kuvvetler gösterilir?

Serbest Cisim Diyagramı Nasıl Çizilir?

Soru: Serbest cisim diyagramı nasıl çizilir, ne işe yarar?
Kısa Cevap: İncelenen cisim tek başına gösterilir ve üzerine etki eden dış kuvvetler yönlerine uygun oklarla çizilir. Bu gösterim, kuvvetleri ayırt etmeyi ve hareket denklemlerini kurmayı kolaylaştırır.
Detaylı Cevap: Önce cisim seçilir, ardından çevresiyle etkileşimlerinden kaynaklanan kuvvetler belirlenir. Ağırlık, normal, gerilme ve sürtünme gibi kuvvetler uygun sembollerle gösterilir. Son olarak eksenler seçilip kuvvetlerin bileşenleri üzerinden Newton’ın yasaları uygulanır.

Çizime Başlamadan Önce Cismi Belirleyin

“Bu kuvvet kimin üzerine uygulanıyor?” sorusu temel kontrol noktasıdır. Örneğin ip bir kutuyu çekiyorsa kutunun diyagramına ipin kutuya uyguladığı gerilme çizilir. Kutunun ipe uyguladığı karşılık kuvveti eklenmez.

Bu yaklaşım serbest cisim diyagramı etkinliklerinde farklı örneklerle kullanılır.

Hangi Kuvvetler Gösterilir?

Ağırlık G: Yer çekiminin etkisidir ve düşey aşağı çizilir.

Normal kuvvet N: Temas yüzeyine dik doğrultuda gösterilir.

Gerilme T: İp boyunca, ipin cismi çektiği yöndedir.

Sürtünme F_s: Yüzeyler arasındaki göreli kaymaya veya kayma eğilimine karşı koyacak yöndedir.

Diğer kuvvetler: Soruda bulunan uygulanan kuvvet, yay kuvveti veya başka dış etkiler ayrıca gösterilir. Soruda olmayan kuvvetler eklenmez.

Örnek Soru ve Çözümü

Soru: Sürtünmesiz yatay zemindeki 3 kg’lık kutuya yatay doğrultuda sağa 15 N ve sola 6 N kuvvet uygulanıyor. g = 10 m/s² alınırsa kutunun diyagramında hangi kuvvetler bulunur ve ivmesi nedir?

Kısa Cevap: Sağa 15 N, sola 6 N, aşağı 30 N ağırlık ve yukarı 30 N normal kuvvet gösterilir. İvme sağa doğru 3 m/s² olur.

Çözüm: Düşey ivme olmadığından N = mg = 3 × 10 = 30 N’dur. Sağa yön pozitif seçilirse yatay net kuvvet 15 − 6 = 9 N olur. a = 9 / 3 = 3 m/s² bulunur. Zemin sürtünmesiz olduğundan sürtünme kuvveti çizilmez.

Hangi Gösterimler Hatalıdır?

Hız ve ivmeyi kuvvet saymak: Hız ve ivme kuvvet değildir. Belirtilmeleri gerekiyorsa kuvvet diyagramından ayrı tutulur.

Net kuvveti ayrıca eklemek: Net kuvvet, mevcut kuvvetlerin toplamıdır. Ayrı bir dış kuvvet gibi yeniden sayılmaz.

Bir kuvveti iki kez hesaba katmak: Örneğin ağırlık bileşenlerine ayrılmışsa ağırlık ile bileşenleri aynı toplamda birlikte kullanılmaz.

Kuvvetler doğru belirlendikten sonra Newton’ın hareket yasaları ve kuvvet-ivme ilişkisi kullanılarak çözüm tamamlanır.

Serbest cisim diyagramı etkinliklerinin cevapları

Newton’ın yasaları ve kuvvet-hareket ilişkisi