Kuvvet ve Hareket
Evrendeki her şey ya hareket halindedir ya da durağan yani hareketsiz haldedir. Hareket, cismin konumunun sürekli biçimde değişmesidir. Hareket halindeki bir cismi durdurmak ve durağan hale getirmek ya da hareketsiz durumdaki bir cismi harekete geçirmek için kuvvet denen bir etkinin uygulanması gerekir.
Kuvvet, bir cismi harekete geçirebilmek, hareket halindeki bir cismi durdurabilmek, hareketin yönünü ya da hızını değiştirebilmek için gerekli olan itme ya da çekme miktarıdır. Çim biçme makinesini iten bir bahçıvan, yolcu vagonlarını çeken lokomotif, duvarda asılı olan bir resmi tutan çivi hep kuvvet uyguluyor demektir. Eğer bu kuvvetler uygulanmıyor olsaydı, çim biçme makinesi ile vagonlar hareket etmez, resim yere düşerdi.
Bütün bu itme, çekme ve tutma örneklerinde, kuvvet, üzerinde etki yaptığı cisimle gerçekte temas halindedir. İnsanlar uygulayabildikleri kuvvetin miktarını artırmak için kaldıraç, makara ve fren gibi mekanizmalar geliştirmişlerdir. Bu tür mekanizmalara basit makine denir. Ama daha güçlü kuvvetler elde etmek ve uygulamak amacıyla daha karmaşık makineler de geliştirilmiştir. Örneğin, çeşitli yakıtların yakılmasıyla açığa çıkan enerjiyi denetleyerek büyük bir kuvvete dönüştüren motorlar, bu tür gelişkin makinelerdir.
Bütün kuvvetlerin etkiledikleri cisme temas etmeleri gerekmez, yani bazı kuvvetler uzaktan etkiler. Bu tür kuvvetlerden ikisi elektrik ve magnetizmadır. Bir üçüncüsü de, her an yaşadığımız yerçekimi kuvvetidir; yerçekimi, Dünya’nın üzerindeki bütün cisimlere uyguladığı yere doğru çekme kuvvetidir.
Elimizde tuttuğumuz bir tuğlayı bıraktığımız anda tuğla, yerçekiminin etkisiyle yere düşer, bu arada düşerken hızı giderek artar; hızdaki bu artışa ivme denir. Ama eğer tuğlayı elimizde taşıyorsak, tuğla üzerinde yukarı doğru bir itme kuvveti uygulayarak yerçekimi kuvvetini dengeliyoruz demektir; bu durumda uyguladığımız itme kuvveti ile yerçekimi kuvveti birbirine eşittir. Bir römorkör, arkasına halatla bağlı bir mavnayı kanalda sabit bir hızla çekerken, halatın mavna üzerinde uyguladığı çekme kuvveti, su direncinin doğurduğu kuvvete eşittir; römorkör biraz daha kuvvetlice çekerse mavna da daha hızlı hareket eder. 1687’de büyük İngiliz bilim adamı Sir Isaac Newton, kuvvet ve hareketle ilgili üç yasa yayımladı. Bunlara Newton hareket yasaları denir.
1. Hareketsiz halde duran ya da sabit bir hızla hareket etmekte olan bir cisme, herhangi bir başka kuvvet uygulanmadığı sürece bu durağan halini ya da sabit hızlı hareketini korur. (Otobüs
birden durduğunda yolcuların birden öne doğru savrulduklarına dikkat etmişsinizdir. Savrulmanın nedeni, yolcuların durma anından önceki sabit hızlı hareketlerini sürdürmeleridir.)
2. Belirli bir hızla yol almakta olan bir cismin hızını değiştirmek için gerekli olan kuvvetin miktarı, cismin kütlesine ve cisme kazandırılmak istenen ivmenin miktarına bağlıdır. (Bir golf topunu durdurmak, aynı hızla hareket eden bir pingpong topunu durdurmaktan daha zordur; çünkü golf topunun kütlesi daha büyüktür.)
3. Her etki, kendisine eşit ve ters yönde bir tepki doğurur. (Bir jet uçağında, motor çok büyük bir gaz kütlesini sürekli olarak arkaya doğru püskürtür; bu nedenle de uçak, bu püskürmeye ters yönde, yani öne doğru itilir.) Elde tutulan, yani üzerinde yukarıya doğru bir kuvvet uygulanan tuğlanın yere düşmemesi de bu yasayla açıklanır.
Hareket halindeki bütün cisimler, momentum denen bir özelliğe sahiptir; cismin momentumu, kütlesi ile hızının çarpımına eşittir. Newton’un ikinci hareket yasasından, bir cismin momentumundaki değişim oranının, o cismi etkileyen kuvvetle orantılı olduğu görülebilir. Momentum korunumlu bir özelliktir; yani örneğin, belirli momentumlarla birbirine yaklaşan iki cisim çarpıştıklarında, toplam momentumlarında bir değişiklik olmaz.
Kuvvet birimi newtondur. 1 newtonluk bir kuvvet, 1 kilogramlık bir kütlenin hızını saniyede 1 metre bölü saniye kadar, yani 1 metre/sn2 kadar değiştirir.
Bir yüzeyin üzerine düzgün olarak dağılmış halde basan kuvvete basınç denir. Basınç, birim alana düşen kuvvet miktarıyla ölçülür. Kuvvet miktarı ise ağırlık birimleriyle ifade edilir. Dünya yüzeyindeki normal hava basıncı, santimetre kareye yaklaşık 1 kilogramdır. Bu, Dünya yüzeyinin ve onun üzerindeki her şeyin her santimetre karesinin 1 kilogramlık bir ağırlıkla aşağıya doğru bastırılıyor olması demektir.