ESNEKLİK NEDİR? UZAMA NELERE BAĞLIDIR?

Fen bilimleri dersi 3. sınıf anlatımlarında, öğretmen adaylarında görülen belli başlı kavramsal yanlış anlamaları ve bilgi eksikliklerini gidermek için temel kavramlara açıklık getirmek istedim.

Neden bazı maddeler sıkıştırıldıktan sonra eski halini alır? Neden lastiği çekip uzattığımızda eski halini alır ama pamuk ipliği çektiğimizde biraz uzar ve kopar? Bunun gibi pekçok soruya da cevabı bu yazıda bulacaksınız.

 

ESNEK MADDELER: Genellikle kullanımı hatalı olan “esnek olmayan madde” tabiridir. Fiziksel anlamda bunu dikkatli kullanmak gerekir. İncelediğimiz farklı atom yapılarına sahip iki cisim ise elbette biri esnek biri ona göre daha az esnek olabilir. Esnek olmayan tabirini farklı maddeler için kullanmak uygun olmayacaktır. Kaldı ki, aynı maddeden yapılmş olsa bile, kalınlığı (kesit alanı), uzunluğu ve uygulanan kuvvet gibi değişkenlerinde kontrol edilmesi gerekir. Öyleyse, her cisim belli sınırlar içinde bir kuvvet  uygulanıp, bu kuvvetin etkisi kalktığında eski haline gelebilir.  Buradaki belli sınırlar her madde için değişkenlik gösterir. Çünkü lastik bir balonu şişirmeden gücümüzü sonuna kadar uygulayarak çekmek için uyguladığımız kuvvet bir A4 kağıdını yırtabilir veya bir pamuk ipliği çoktan kopartabilir. Şimdi daha iyi anlamak için, dilerseniz herkes tarafından bilinen paket lastiğini örnek verelim.

Bir paket lastiğini iki elimize takıp 5-10 cm çekip bırakalım. Lastiğin eski haline geri döndüğünü göreceksiniz. Lastik, dış kuvvetin etkisi kalkınca eski haline dönmüştür. Dış kuvvetler maddelerin moleküllerinin uzaklıklarına etki ederek artırır. Sıkıştırma bunun tam tersidir ve moleküller arası açıklıklar azalır. Şimdi lastiği yine iki elimize takıp var gücümüzle çekelim. Öyle bir çekelim ki lastiğin rengi değişsin ve incelip uzasın. Belki bu aşamada kopma bile gerçekleşebilir. Bu durumlar artık “deformasyon” durumudur. Atomların dizilişleri bozulmuş aralarındaki boşluklar eski haline dönemeyecek şekillerde farklılaşmıştır. Buna fiziksel olarak “esneklik limiti” aşılmış diyebiliriz.

ESNEKLİK LİMİTİ: Yukarıda anlatıldığı gibi dış kuvvetlerin etkisi kalktığında cisimler eski haline dönmek yerine, şekilleri, durumları veya renkleri değişmiş olarak kalabilir. Bir maddenin uzaması (esnemesi) sırasında kuvvete karşı vereceği tepki belli bir sınıra kadar bellirlidir. Buna esneklik limiti denir. Sınır aşıldığında cismin artık uygulanacak extra dış kuvvete nasıl tepki vereceğini kestirmek güçleşir. Bu duruma “esneklik limitinin aşılması” denir. Cisim kopabilir, burkulabilir, daha önceki gibi esnek hareket etmeyebilir, kırılabilir veya aşırı uzayabilir; çünkü moleküllerin yerdeğiştirmeleri söz konusudur. Esneklik limiti içinde ise maddelere uygulanan kuvvetle doğru orantılı bir uzama veya sıkışma olur. Esneklik limiti yüksek maddelere ÇELİK, esneklik limiti düşük olan maddelere KURŞUN örnek verilebilir. Öyleyse belli limitler içinde kalarak, kuvvetle orantılı bir uzama gerçekleşeceğini (Hooke Kanunu) söylemek gerekir. Ucuna yük asılı bir tel için düşünecek olursak, teldeki uzama;

  1. Tele uygulanan dış kuvvet  (asılan yükün ağırlığı) ile doğru orantılı,
  2. Aynı kuvvet (yük) uygulanırken telin uzunluğu ile orantılı,
  3. Aynı kuvvet (yük) uygulanırken telin kesit alanı ile orantılıdır.
  4. Telin yapıldığı maddeye bağlıdır.

Öyleyse Δl=ε.l.P/S olacaktır. (Δl: uzama; ε: telin yapıldığı maddenin karakteristik özelliğini yansıtan, esneklik katsayısı-birim uzama; l: ilk boy; P:uygulanan kuvvet; S: kesit alan).

Teknik kullanımda, kesit alanı 1mm2  için ve kuvvet olarak kullanılan 1 kg’ın birim uzunluğu (1m) bir kat artırması için gerekli kuvvete ESNEKLİK MODÜLÜ denir. Buna Young modülü de denir. Birimi N/m2‘dir. Örneğin, yapılarda kullanılan çelik için Eçelik=2×1011 N/m2 veya alüminyum için Ealüminyum=7×1010 N/m2‘dir.

Esneklik Modülü (E) =Normal Gerilme (σ) / Birim Uzama (ε)

P=E.S.Δl/l

 

Dr. Fikret KORUR