SÜRÜNCEME VE SÜRTÜNME

18’inci yüzyılda yaşamış ünlü İngiliz fizikçilerinden biri aynı zamanda şakalarıyla da tanınmış hoşsohbet bir adamdı. Aylardan beri arkadaşlarına yarı şaka yarı ciddi şöyle takılıyordu: “Benim aklı başında, bilgin bir köpeğim var, görmek ister misiniz? Hatta fizikten bile anlıyor.”

Bilginin, artık her gün aynı hikâyeyi dinlemekten bıkan dostları bir gün, “Getir de şunu görelim,” demekten kendilerini alamadılar.

Ünlü fizikçi ertesi gün köpeğini alıp “Kırallık Bilimler Akademisi”ne geldi ve odacısına bir fıçıya su doldurup getirmesini söyledi. Herkesin fıçının etrafına toplandığı sırada köpeği suya daldırdı ve “Şimdi dikkat edin!” dedi.

Köpeği sudan çıkarıp yere bıraktığı zaman hayvan, ani bir silkinmeyle üzerindeki bütün suları etrafa sıçrattı. Efendisi ve öteki bilginler sırılsıklam oldular.

Fizikçi, “Gördünüz mü? Köpeğim dinamiğin birinci kanunundan ne kadar iyi anlıyor,” dedi.

Bilginin dostları bu gösteriden hoşlandılar mı, hoşlanmadılar mı, orasını pek bilemiyoruz ama şakacı İngiliz fizikçi iddiasında haklıydı: Köpek, dinamiğin 1’inci kanunu olan “Atalet (Sürünceme) Kuvvetinin Korunumu” ilkesini çok iyi uygulamasını biliyordu.

🎯 Atalet (Sürünceme) Kuvveti

Elimize yuvarlak bir top alalım, bunu düz bir masanın üzerine koyalım. Kesin olarak biliyoruz ki masayı kimse sallamadıkça top yerinden kımıldamaz, yani atalet (sürünceme) durumunu bozmaz.

Şimdi topu hafifçe itelim. Görürüz ki topu itip bıraktıktan sonra da hareket etmeye devam eder. Bilimsel dilde biz buna, top atalet (sürünceme) kuvvetinden ötürü hareket ediyor deriz. Yani top başlangıçta kendisine vermiş olduğumuz kuvveti (atalet kuvvetini) kaybetmemeye çalışır.

Şimdi atalet kuvveti prensibini şöylece özetleyelim:

Duran bir cisim, bir DIŞ KUVVET‘in etkisi olmadan harekete geçemez. Hareket durumundaki bir cisim ise hiçbir kuvvet onun bu hareket durumunu (atalet durumunu) değiştirmedikçe aynı hız ve aynı doğrultuda hareketine devam eder.

Atalet Kuvveti Örnekleri

Fizik kanunlarının çoğu günlük hayatımızın çerçevesi dışındadır. Bilim adamları bunlarla yakından ilgilenip tabiatın kuvvetlerinden gittikçe daha büyük ölçüde yararlanmamızı sağlarlar. Yukarıda gördüğümüz basit birkaç düşünce hamlesi bile bize eylemlerimizin tabiat kanunlarına ne kadar kuvvetle bağlı olduğunu göstermektedir.

Ünlü fizikçinin köpeği bile ister istemez bu kanunları uygulamıştır:

• Silkinme yoluyla köpek, ıslak postunun kıllarına ani bir hareket vermiştir.
• Bu hareketle su damlacıkları kıllar üzerinden fırlamış, silkinme durduktan sonra da atalet kuvveti prensibine göre yollarına devam ederek etrafa sıçramışlardır.

Atalet kuvveti ilkesi şu olayda daha açıkça belirir:

• Birdenbire harekete geçen bir tramvaydaki yolcular geriye doğru düşecek gibi olurlar. Çünkü onları ileriye doğru itecek ayrı bir kuvvet yoktur. Ama bir yere sıkıca tutunacak olurlarsa “Durma” durumları bozulmaz.
• Aynı biçimde tramvay birdenbire durunca, yolcular öne doğru düşecek gibi olurlar. Çünkü hareket durumundaki bir cismin (yolcunun), bu durumu değişince (tramvay durunca) cisim sahip olduğu atalet kuvvetini kaybetmemeye çalışır, hareketini sürdürmek ister.
• Bir otomobil hızla viraj alırken içindekiler yana doğru hafifçe eğilirler. Çünkü atalet kuvveti onları viraja girmeden önceki doğrultuda hareketlerini sürdürmeye zorlar.
• Bir tüfeğin ağzından çıkan merminin veya ayakla vurduğumuz topun hareketlerini sürdürmeye çalışmaları hep atalet kuvvetiyle açıklanır.

🛑 Hareketi Durduran Nedir?

Tekrar masa üzerindeki top örneğine dönelim. Başlangıçta hareket eden top, atalet (sürünceme) kuvvetiyle yuvarlanmaya devam eder. Atalet kuvveti ilkesine göre bu yuvarlanmanın sonsuz bir süre devam etmesi gerekir. Pratikte bu hiç de böyle değildir. Çünkü iki etken buna engel olur: Birincisi havanın direnci, İkincisi topla masa arasındaki sürtünme.

1. Havanın Direnci

Hareket durumunda olan bir otomobilin penceresinden elimizi dışarı çıkardığımız zaman çarpan havanın onu geriye doğru ittiğini fark etmişizdir. Otomobil hızlandıkça elimize çarpan havanın basıncı da artar.

Çok hızlı giden bir otomobilin yaktığı yakıtın üçte ikisinin, havanın otomobil yüzeyine yaptığı basıncı yenmek için harcandığını biliyor muydunuz? Onun için yarış otomobillerinin biçimleri, bu basıncın etkisini azaltmak için havanın akış eğriliğine göre yapılmıştır.

“Bu kadar fazla yakıt harcamasına sebep olduğuna göre hava direncinin olmadığı yerde yaşasaydık daha iyi olmaz mıydı?” diye bir soru aklımıza gelebilir. Ama çok yükseklerden düşen bir yağmur damlasını düşünelim. Bu damla hiçbir hava direnci olmadığından gittikçe hızlanacak, yere vardığı zaman 1 mm. kalınlığındaki bir çelik levhayı delebilecek güce sahip olacaktı. Böyle bir ortamda yağmura tutulduğumuzu düşünelim, durumumuz ne olurdu?

2. Sürtünme

Topun ya da herhangi bir cismin hareketini engelleyen bir başka kuvvet de yukarıda söylediğimiz gibi “Sürtünme”dir.

Ağır bir sandığı döşeme üstünde itmeye çalışalım. Bunun için çok büyük bir kuvvet harcamamız gerekir. Çünkü gerek sandığın gerek döşemenin yüzeyi dümdüz olmayıp pürüzlüdür. Birinin yüzeyindeki ufacık girinti-çıkıntılar, ötekinin yüzeyindeki girinti-çıkıntılara takılır, sürtünme meydana getirirler.

Sürtünme, harekete karşı koyan bir kuvvettir.

Kayma Sürtünmesi

Herhangi bir cismi bir başka cisim üzerinde kaydırmak istediğimiz zaman meydana gelen sürtünmeye kayma sürtünmesidenilir. Kaydırılmak istenen cisim ne kadar ağır, kaydırma yüzeyi ne kadar pürüzlü ise sürtünme o kadar fazladır.

Yuvarlanma Sürtünmesi

Atalarımız kayma sürtünmesinden doğan kuvvet kaybının büyüklüğünü daha binlerce yıl önce anlamış, yuvarlak kütükleri, bu arada tekerleği icat etmişlerdi. Biz de onlar gibi yapıp bir yerden başka bir yere taşıyacağımız yükü yuvarlak kütükler ya da tekerlekler üzerine yerleştirirsek itmek için daha az bir güç harcarız.

Bu yuvarlak kesitli elemanların meydana getirdiği sürtünmeye yuvarlanma sürtünmesi diyoruz. Deneysel olarak da anlayacağımız gibi yuvarlanma sürtünmesi kayma sürtünmesinden çok daha azdır. İnsanı büyük bir enerji kaybından koruyarak iş gücünden tasarrufu sağlayan tekerleğin icadı (yaklaşık olarak M.Ö. 3000), Uygarlık Tarihinin en önemli olaylarından biri sayılır.

Sürtünme Yararlı mıdır, Yoksa Zararlı mı?

Sürtünme, makinelerde hiçbir “işe yaramaz”, daha doğrusu zararlıdır. Çünkü makineye verilen enerjinin büyük bir bölümünün kaybına ve makine parçalarının aşınmasına sebep olur.

Sürtünmeden ötürü meydana gelen aşınmayı önlemek için:

1. Makine parçalarının yüzeyleri daha fabrikada yapılırken iyice perdahlanır.
2. Makinenin çalışmasını kolaylaştırmak için bu parçalar özel yağlarla yağlanır. Makine yağları, parçanın çalışan yüzeyi üzerinde çok ince bir yağ tabakası meydana getirir. Böylece karşılıklı iki parça birbirine doğrudan doğruya temas edecek yerde sürtünmeyi azaltıcı bir yağ katmanıyla değinirler.
3. Sürtünmeyi azaltmanın bir başka yolu da (1907’de icat edilen) bilyalı yataklar kullanmaktır. Böylece mil ve şaftların kolaylıkla dönmesi sağlanır.

Sürtünmenin çok yararlı yönleri de vardır. Hatta sürtünme olmasaydı yaşamak imkânsız bir durum alırdı. Örnek: Ayak ile döşeme arasındaki sürtünme bizi düşmekten alıkoyar. Çünkü sürtünmesiz bir yüzey kaygan bir yüzey demektir. Eğer böyle bir yüzey üzerinde yürümek zorunda kalsaydık her adım atışımızda yüzükoyun yere yuvarlanacaktık.

Sürtünme olmasaydı:

• Araçların tekerlekleri yol üzerinde tutunamayacak,
• Frenler çalışamayacak,
• Hatta çatalımızdaki yemek kayıp düşecek, belki de sofradan aç kalkacaktık.

Sözlerimizi özetlersek gerek hava direncinin gerek sürtünmenin, çalışmalarımızı önleyici birçok zararlı ve yorucu etkisi bulunmasına rağmen dünyamızda ayrı birer denge unsuru olmaktadırlar.