Soru:
Sürtünmelerin ihmal edildiği bir ortamda, yatay bir rayl üzerinde hareket eden 4 kg kütleli bir oyuncak araba, sabit 8 m/s hızla gitmektedir. Bu sırada arabaya etki eden yatay kuvvetler nelerdir? Net kuvveti hesaplayınız ve kuvvetlerin dengeli olup olmadığını yorumlayınız.
Çözüm:
💡 Sabit hız önemli bir ipucudur!
- ➡️ Adım 1: Hareket Durumunu Analiz Edelim
Araba sabit hızla hareket etmektedir. Sabit hız, ivmenin sıfır (\(a=0\)) olduğu anlamına gelir.
- ➡️ Adım 2: Newton'un 2. Yasasını Uygulayalım
Newton'un 2. Yasası: \(F_{net} = m . a\)
\(a = 0\) olduğundan, \(F_{net} = m . 0 = 0 N\) olur.
- ➡️ Adım 3: Kuvvetleri Yorumlayalım
Sürtünme olmadığı belirtilmiştir. Bu nedenle, arabanın sabit hızla hareket edebilmesi için üzerine etki eden yatay net kuvvetin sıfır olması gerekir. Bu, iki ihtimalle mümkündür:
- Ya arabaya hiç yatay kuvvet etki etmiyordur.
- Ya da etki eden yatay kuvvetler birbirini dengeliyordur (örneğin, biri ileri, diğeri geri yönde ve eşit büyüklükte).
Bu senaryoda en mantıklı açıklama, motorun itme kuvvetinin ve varsa hava direnci gibi bir sürüklenme kuvvetinin birbirine eşit ve zıt yönde olduğu, böylece dengelendiğidir. Ancak soruda sürtünme ihmal edildiği için, arabaya etki eden yatay kuvvet yoktur denebilir.
- ➡️ Adım 4: Denge Durumu
Net kuvvet sıfır olduğu için kuvvetler dengelenmiştir. 🚗 Dengelenmiş kuvvetler etkisindeki bir cisim ya durur ya da sabit hızla hareketine devam eder. Bu durumda araba sabit hızla hareket etmektedir.
✅ Sonuç: Net kuvvet 0 N'dir. Kuvvetler dengelenmiştir. Arabanın sabit hızla hareket etmesi, net kuvvetin sıfır olmasının bir sonucudur.
