Hız
Hız, en genel tanımıyla, hareketli bir cismin belirli bir zaman aralığında aldığı yolun uzunluğudur. Örneğin, hızı saatte 100 km olan bir otomobil hiç durmadan yol aldığında bir saat sonra başlangıç noktasından 100 km uzakta olacak demektir. Ama otomobil bu bir saat boyunca hep aynı hızla gidemez. Trafiğin ve yolun durumuna bağlı olarak bazen hızlanır, bazen yavaşlar. Bu nedenle, sözgelimi 200 kilometrelik yolu 4 saatte alan bir otomobilin ortalama hızı saatte 50 kilometredir. Yol boyunca bu ortalama hızın bazen üstüne çıkan, bazen altına düşen otomobilin sürücüsü hız göstergesine bakarak ortalama hızını söyleyemez. Çünkü bu göstergede okunan değer anlık hız’dır; yani ortalama hızın o anda ulaştığı sınır değeri ya da matematikteki tanımıyla limitidir.
Bu otomobil örneğinde hız, hareketin yönünden bağımsız sayısal bir değer olarak alınmıştır. Otomobilin hızını hesaplarken, yol boyunca hep aynı doğrultuda gitmeyip yön değiştirmesi göz önüne alınmaz. Oysa fizikte hareketli bir cismin hızı hareketin yönüyle birlikte belirtilir ve cismin yalnızca o doğrultudaki konum değişikliği için geçerlidir. Örneğin çember biçiminde döşenmiş rayların üzerinde dolanan bir oyuncak treni ele alalım. Bu oyuncak trenin hızı sabittir; birim zamanda hep aynı uzunlukta yol alır. Ama fizikteki tanımıyla hızı sabit ve düzgün sayılamaz, hareketi de düzgün doğrusal hareket değildir; çünkü birim zamanda aldığı yol eşit olsa da hareketin yönü sürekli değişmektedir. Demek ki bir cismin düzgün doğrusal hareket yapabilmesi için hep aynı doğrultuda sabit bir hızla yol alması gerekir. Ne var ki bir cisim bu tanıma uygun düzgün hızını uzun süre koruyamaz. Örneğin yüksekten bırakılan bir taş hep düşey doğrultuda aşağıya doğru düşer, ama düşme hızı saniyede 9,75 metre artar; yani her saniye 9,75 metre daha fazla yol alır.
Bir cismin hızının belirli bir zaman aralığındaki bu artış miktarına ivme denir. Düşen taş örneğinde ivme, düşüşün her saniyesi için, saniyede 9,75 metredir. Başka bir deyişle taşın ivmesi saniyede 9,75 metre bölü saniye ya da kısaca 9,75 m/sn2’dir. Eğer taş yukarıya fırlatılmış olsaydı düşey doğrultudaki hızı artmayacak, azalacaktı; bu yavaşlamaya bazen eksi ya da negatif ivme de denir. Düşey doğrultuda yukarıya fırlatılan taşın negatif ivmesi de 9,75 m/sn2,dir. Fizikte ivme, belirli bir doğrultudaki hızın (ister azalsın, ister artsın) zaman içindeki değişme oranı olarak tanımlanır. Örneğin, düz bir yolda kuzeye doğru giden bir otomobilin hızı 30 saniye içinde saatte 20 kilometreden saatte 50 kilometreye çıkmışsa, bu otomobilin 30 saniyelik süredeki ortalama ivmesi saniyede 1 km/saattir.
Bir uçak ya da bir gemi için aynı anda iki ayrı doğrultuda iki ayrı hızdan söz edilebilir. Çünkü bir yandan uçağın ya da geminin motoru, öte yandan rüzgârın ya da deniz akıntısının itme kuvveti taşıta ters yönlerde iki ayrı hız kazandırır. Bu durumda taşıt bu iki itme kuvvetinin ortak etkisinden doğan bir bileşke hızıyla yol alır. Örneğin bir uçak saatte 50 km hızla kuzeyden güneye doğru esen bir rüzgâra karşı saatte 900 km hızla kuzeye (ters yöne) uçuyorsa, bu uçağın yeryüzüne göre bileşke hızı kuzeye doğru saatte 850 kilometredir. Bileşke hızının itme kuvvetlerinden hiçbirinin doğrultusuyla çakışmadığı biraz daha karmaşık bir örneği inceleyelim. Sözgelimi saatte 2 km hızla kuzeyden güneye doğru akan bir ırmağın karşı kıyısına ulaşmak üzere saatte 2 km hızla batıdan doğuya doğru yol alan bir kayığın bileşke hızı ne güneye, ne de doğuya yönelir. Bu hızın doğrultusunu, yani kayığın hangi yöne gideceğini ancak bir dik üçgen yardımıyla bulabiliriz. Bu üçgenin iki dik kenarından biri küreklerin itme kuvvetinin, öbürü su akıntısının kayığa kazandırdığı hızı, dik açının karşısındaki üçüncü kenar olan hipotenüs ise kayığın bileşke hızını gösterir. Hipotenüsün uzunluğu bileşke hızının büyüklüğünü, doğrultusu da bileşke hızının (kayığın) yönünü verir. Hipotenüsün uzunluğunu bulmak için, bir dik üçgende dik kenarların karelerinin toplamının hipotenüsün karesine eşit olduğunu belirten Pisagor teoreminden yararlanılır. Örneğimizde dik kenarların uzunluğu 2 km olduğuna göre, hipotenüsün karesi 22 + 22 = 8’dir. 8’in karekökü de yaklaşık 2,8 olduğundan söz konusu kayık saatte 2,8 km hızla güneydoğuya doğru yol alacaktır.
Hareket etmekte olan iki cismin hızlarının doğrultusu da birbirlerine göre değişir. Örneğin hareket halindeki bir trenin ya da otomobilin içindeki bir yolcu, düşey doğrultuda yere doğru inen yağmur damlalarını eğik bir doğrultuda düşüyormuş gibi görür. Daha doğrusu yağmur damlalarının bu göreli hareketi düşeyle belirli bir açı yapar. Aynı nedenle, saatte 80 km hızla güneye doğru yol alan bir taşıtın hızı, saatte 40 km hızla kuzeye doğru giden başka bir taşıta göre saatte 120 kilometredir. Yani ikinci taşıttaki kişi, kuzeyden gelen taşıtı saatte 120 km hızla kendisine doğru yaklaşıyormuş gibi görür. Her zaman sabit olan ışık hızının dışında, bir gözlemcinin ölçtüğü bütün hızlar görelidir.
