Hava olan bir ortamda, hareket eden bir vasıtanın üzerinde (tavanında) zıpladığımızda, hızı her ne olursa olsun, yer değiştirme yaşar mıyız?

Newton'un 1. hareket yasasına göre eylemsiz referans sistemlerinde cisimlere etki eden net kuvvet sıfır oldukça cisim yapmakta olduğu harekete devam aynı şekilde devam eder. Yani cisim hareket halindeyse sabit hızda ve aynı yönde hareketine devam eder veya duruyor ise durmaya devam eder ya da kısaca cismin ivmesi yoktur. Ama en başında da dediğimiz gibi eylemsiz referans sistemlerinde (inertial reference frames) bu davranış geçerli. Peki eylemsiz referans sistemi nedir? Aslında 1. yasayı sağlayan sistemlerdir diyebiliriz; yani, üzerinde net kuvvet olmayan (ivmelenmeyen) sistemlerdir. 2. yasa ise aslında 1. yasayı kapsar ve kısaca üzerinde net kuvvet olan cisimler bu kuvvetle orantılı olarak ivmelenir. 1. yasayla aynı doğrultuda olarak, "eğer cismin hızının büyüklüğü veya hızının yönü değişiyor ise cisme etki eden kuvvet vardır." çıkarımını yapar.

Şimdi elimizdeki örneği bunları kullanarak açıklayacağız. Trenin tavanındayız, ve referans sistemimizi tavan olarak alalım ya da bir arkadaşınız sizi tavanda gözlemliyor olsun. Eğer üzerinde durduğunuz tren sabit hızla hareket ediyorsa (ivmelenmiyorsa) arkadaşınız (veya tren) eylemsiz referans sistemidir ve sizin arkadaşınıza göre hızınız sıfırdır ve size kuvvet uygulanmadıkça sıfır olarak kalacaktır (1.yasa). Şu anlık havanın olmadığını varsayalım. Zıpladığınızda ise trenin tavanı ayaklarınızdan size yukarı doğru kuvvet uygular ve dolayısı ile yukarı doğru ivme kazanır arkadaşınıza göre yukarı doğru hareket edersiniz (2.yasa) ve yerçekimi de size aşağı yönde kuvvet ile yere doğru çeker. Lakin kuvvetler sadece dikey yönde olduğu için size yatay yönde herhangi bir etki yaratmaz yani yatay yönde ivmeniz hala sıfırdır.Dolayısıyla tavana tekrar temas ettiğinizde arkadaşınıza hala aynı uzaklıkta olmaya devam edersiniz. Yani arkadaşınıza (veya trene göre) yer değiştirme yaşamazsınız. Yerdeki bir gözlemciye göre ise siz ve arkadaşınız trenle aynı hız ve yöne sahip olarak hareket edersiniz.

Eğer havayı da işin içine katarsak siz zıpladığınızda ve ayaklarınız tavandan kesildiğinde üzerinize etki eden 2 tane kuvvet olacaktır: yerçekimi ve hava direnci. Yerçekimi daha önce dediğimiz gibi dikey yönde ve aşağıya doğru. Hava direnci(sürükleme kuvveti, ing. Drag) size sizin havaya göre hareketinizin yönüne zıt yönlü olacaktır. Havayı da yere göre durgun düşünürsek, hava direnci trenin hareket yönüne göre zıt yönlü olacaktır. Dolayısıyla zıpladığınızda yatay yönde artık size etki eden bir kuvvet olacaktır ve bu kuvvet size yatay yönde bir ivme kazandıracaktır. Ve yere indiğinizde arkadaşınız ile mesafeniz değişecektir ya da tren altınızdan kayıp gidiyor gibi görünecektir. Lakin hava direncinin büyüklüğü hızınıza, havanın size çarptığı yüzey alanınıza bağlıdır. Tren ne kadar hızlıysa hava direncinin etkisi de büyük olacaktır. Düşük hızlarda hava kuvvetinin etkisi daha az olacaktır ve hatta ihmal edilebilir düzeyde olacaktır. 60 km/s gibi bir hızda hava direncinin etkisi oldukça fazla olacaktır.

Detaylara girerek anlatmaya çalıştım daha kısa bir şekilde de cevaplanabilirdi bu yüzden anlaşılamayan yer olabilir, anlamadığınız kısımları sorabilirsiniz. Görselleştirmek için de şu videoya bakabilirsiniz: https://twitter.com/rainmaker1973/status/1111310360630444032?lang=en

Trambolinin hızı yavaş olduğu için hava direncinin etkisi neredeyse yok ve zaten göz ile de gözükmüyor.