Dönerek Öteleme Hareketi Hocalara geldik

Dönerek Öteleme Hareketi Tamer Hoca

Öteleme ve Dönme Hareketi Arasındaki İlişki

Hareket, fizik biliminin önemli bir konusu olmasının yanında günlük hayatın da vazgeçilmez bir parçasıdır. Çevredeki canlıların, araçların ya da nesnelerin hareketleri özelliklerine göre öteleme, dönme veya titreşim hareketi olarak adlandırılır. Doğrusal yörüngede hareket eden bir uçağın, yürüyen merdivenin üzerindeki insanların (Görsel 1.8), bir fabrika bandında taşınan kolilerin yaptığı hareket öteleme hareketidir. Öteleme hareketi yapan bir cismin tüm noktaları hareket düzlemine paralel olacak şekilde hareket eder ve cisim üzerindeki tüm noktaların hızı aynıdır. Rüzgâr enerjisinin elektrik enerjisine dönüştürülmesinde kullanılan türbindeki pervane hareketi (Görsel 1.9) ve çamaşır makinesindeki tamburun hareketi gibi sabit bir eksen etrafında gerçekleşen hareketler dönme hareketidir.

Sabit bir eksen etrafında dönen bir cismin üzerindeki tüm noktalar, çembersel hareket yaparken sadece dönme ekseni üzerinde kalan noktalar olduğu yerde döner. Hareket hâlindeki araçların tekerlekleri dönme ve öteleme hareketini aynı anda gerçekleştirir. Araç ve sürücü öteleme hareketi yaparken aracın tekerlekleri hem dönme hem de öteleme hareketi yapar (Görsel 1.10). Tekerleklerin yapmış olduğu bu harekete dönerek öteleme hareketi denir.

Dönerek öteleme hareketi yapan tekerleğin üzerindeki bir X noktası, tekerlek 1 tur attığında çevresi kadar (2πr) yol alır (Şekil 1.10). Tekerleğin merkezinin (O noktası) yer değiştirmesi ile X noktasının yer değiştirmesi birbirine eşittir. Buna bağlı olarak tekerleğin yere temas ettiği yüzey üzerindeki bir noktanın öteleme hızının büyüklüğü aynı zamanda dönme hızının büyüklüğüne eşittir.

Sadece öteleme hareketi yapan tekerleğin üzerindeki her noktanın hızının büyüklüğü ve yönü aynıdır (Şekil 1.11: a). Sabit bir eksen etrafında dönen tekerleğin merkezinin çizgisel hızı sıfırdır (Şekil 1.11: b). Merkeze eşit uzaklıktaki tüm noktaların çizgisel hızlarının büyüklüğü eşittir. Ancak hızlarının yönleri ve doğrultuları sürekli değişmektedir. Dönerek öteleme hareketi yapan (Şekil 1.11: c) bir tekerleğin hareketi, dönme ve öteleme hareketinin birleşimidir. Tekerlek merkezinin yere göre sadece öteleme hızı, tekerlek üzerindeki diğer noktaların ise yere göre hem öteleme hem de dönme hızları vardır.

Eylemsizlik Momenti

Doğadaki tüm cisimler var olan durumlarını koruma eğilimindedir. Duran cisimler durmaya devam etmek isterken, hareket hâlindeki cisimler de hareketini sürdürmek ister. Cisimlerin hareket durumları bir etkiyle değiştirilmek istendiğinde bu değişikliğe karşı cisimlerin direnç göstermeleri bu sebeptendir. Cisimlerin hareket durumunu koruma isteğine eylemsizlik denir. Bu konu Newton’ın Hareket Yasaları’nda ifade edilmişti. Duran ya da öteleme hareketi yapan cisimler kütleleriyle, dönmeye zorlanan cisimler de eylemsizlik momentleriyle etkiye karşı direnç gösterir. Dönen cisimlerin dönmeye karşı gösterdikleri dirence eylemsizlik momenti denir.

Dönme ve Dönerek Öteleme Hareketi Yapan Cismin Kinetik Enerjisinin Bağlı Olduğu Değişkenler

Cisimlerin dönme hareketlerinden dolayı sahip olduğu kinetik enerjiye dönme kinetik enerjisi denir. Sabit bir eksen etrafında dönme hareketi yapan cismin sahip olduğu dönme kinetik enerjisi, eylemsizlik momentine ve açısal hızının büyüklüğüne bağlıdır. Sürtünmelerin önemsiz olduğu eğik düzlem üzerinde aynı yükseklikten serbest bırakılan eşit kütleli silindir ile küp şeklindeki cisimlerin yatay zemine ulaşma süresi ve ulaşma anındaki hızları farklıdır (Şekil 1.15). Küp sadece öteleme hareketi yaptığı için potansiyel enerji, öteleme kinetik enerjisine dönüşürken silindir dönerek öteleme hareketi yaptığı için potansiyel enerji hem dönme hem de öteleme kinetik enerjisine dönüşür. Bu nedenle cisimler yatay düzleme ulaştığında küpün öteleme hızı silindirin öteleme hızından büyük olur.