İmpuls nedir?

Bir kuvvetin, belirli süre içerisinde bir cisme uygulanması halinde, bu kuvvet ile etki süresinin çarpımına verilen isim. Buna kuvvet çarpması veya itme de denir.

Dinamiğin temel prensibine göre, m kütleli bir cisme belirli bir ?t süresinde, sabit bir F kuvveti tatbik edildiğinde, cismin hızında ?v kadar değişme görülür ve cisim sabit bir a ivmesini kazanır. Bu durumda:

Bir cismin kütlesi ile hızının çarpımına o cismin momentumu denir. Momentum, p harfi ile gösterilir. P = m.v’dir.

Momentum değişimi ise ?P ile gösterilir.

İmpuls birimleri kolayca momentum birimlerine çevrilebilir. Burada 1 kgf = 9,81 newton, 1 newton = 100.000 dyn’dir. Momentum ve impuls, iş ve enerjiye benzemeyip, vektörel büyüklüklerdir. Hareket eden bir cismin momentum vektörü, hız vektörü ile aynı yön ve doğrultudadır.

Momentuma benzer şekilde bir eksene göre Açısal Momentum da tarif edilebilir. Açısal momentum, momentumun gözönüne alınan eksene olan mesafe ile vektörel çarpımına eşittir. Her ikisi de vektörel büyüklüktür. Bir cisme etkiyen dış kuvvet, momentumdaki değişme eşittir; etkiyet en dış moment ise açısal momentumdaki değişime eşittir.

İmpuls ve momentum kavramlarını bir kaç misal üzerinde görmek konuyu daha anlaşılır hale getirecektir: Bir çivi çekiçle tahtaya çakıldığında, çiviye vurmazdan biraz önce çekiç, hayli büyük bir momentuma sahiptir. Çiviye vurduktan sonra momentum sıfır olur ve aynı büyüklükte bir impuls hasıl olur. Çekicin darbesi pek kısa sürdüğünden kuvvet pek büyüktür. O kadar ki, çivinin tahtanın direncini yenmesine kafi gelir.

İnce bir ipe büyükçe m kütlesi asılmış ve buna aynı kalınlıkta ikinci bir ip bağlandığı düşünülüp, ayrıca büyüklüğü yavaş yavaş arttırmak üzere bir kuvvet tatbik edilirse, ipin üst kısmı alt kısmına göre daha fazla yüklenmiş olacağından (mg ağırlığı dolayısıyle) üst taraftaki ip önce kopar. Fakat alt uca çok kısa bir müddet ipin mukavemetinden daha büyük bir kuvvet tatbik edilirse, alt ipin koptuğu görülür. Üst taraftaki ipin kopması için yeter derece uzaması gerekmektedir. Bu da ancak m kütlesinin aşağı doğru hareket etmesiyle mümkündür. Yani m kütlesinin bir momentumu olmalıdır. Kuvvet büyük olmasına rağmen etki süresi çok küçük olduğundan, impuls büyük değildir. Bu itibarla, momentumdaki değişme ve m kütlesinin kazanacağı hız küçük olur. Kütle pek az hareket ettiğinden üst taraftaki ip hemen hemen hiç uzamaz.

İskeleye yanaşan bir gemi, halatla dubalara bağlanır. Geminin henüz bir hızı varsa ve halata bağlanmışsa, halatı koparır. Zira geminin momentumunun sıfıra inmesi gereken zaman bu halde çok küçüktür. Bundan dolayı kuvvet büyük olur. Gemici, halatı sıkı bağlamayıp, onu salıverirse, kritik zaman uzar ve kuvvet de azalmış olur. Her iki halde de momentum değişimi anidir. Bir yerden atlarken dizleri büküp yaylandırmak aynı prensibe dayanır. Yani böyle yapmakla momentum değişimi süresi uzatılmış ve dolayısıyla kuvvet azaltılmış olur. Serbestce hareket edebilir bir cisim, mesela bir cam levha nasıl delinebilir? Tabii ki cismin o noktasına dayanabileceğinden daha büyük bir kuvvet tesir ettirmek lazımdır. O halde sorunun cevabı şudur: Kuvveti gayet kısa bir zaman zarfında tesir ettirince, kuvvet çarpması çok küçük olur. Bundan dolayı cam levhanın momentum değişimi ve böylece hızı pek küçük olur. Oradaki cam levha hemen hemen kımıldamaz. Çok kısa sürmesi gereken kuvvet, serbest asılmış olan cam levhaya bir tüfekle ateş etmek suretiyle kolayca sağlanabilir. Suya düşen bir uçağın param parça olması da buna benzer tarzda izah edilebilir.

Hazırlanmış bir çay masasının örtüsünü, hızla çekmek suretiyle masa üzerindekileri kımıldatmadan almak mümkündür. Örtü yavaş çekilirse sürtünme dolayısıyla üstteki eşya da beraber gelir. Bu vaziyette masa örtüsü tarafından üzerindeki tabak, fincan ve başka şeylere iletilebilen kuvvet, sürtünme kuvvetinden fazla değildir. Bu kuvveti pek kısa bir süre tatbik edersek tabak ve fincanlar pratik bakımdan hiç kımıldamaz.

Momentumun korunumu prensibi: Çarpışan cisimlerin çarpışma sonucunda toplam momentumları değişmez. Yani çarpışmadan önce cisimlerin momentumlarının toplamı, çarpışma sonrasındaki momentumlarının toplamına eşittir. Momentum vektörel bir büyüklük olduğu için, toplama sırasında bu hususa dikkat edilmelidir. Bu, mekanikte önemli prensiplerden biridir. Bir sistemin toplam momentumu ancak sisteme dışardan etkiyen kuvvetlerle değiştirilebilir. İç kuvvetler eşit ve zıt olduklarından ve eşit zamanlar boyunca etki ettiğinden momentumda eşit ve zıt değişmeler hasıl ederler ve birbirlerini yok ederler. Bu sebeple dış etkilerden arındırılmış bir sistemin toplam momentumu, şiddet ve doğrultuca sabit kalır.

Yorumlar

Bu sayfa ait yorum bulunamadı. İlk yorum yapan siz olun.

Yorum ekle

Vazgeç