🎨 2026 TYT Fizik: Serbest Cisim Diyagramı ve Denge Şartları
Fizikteki en önemli konulardan biri, cisimlerin nasıl dengede kaldığını anlamaktır. Bu dengeyi anlamak için de serbest cisim diyagramları ve denge şartları arasındaki ilişkiyi bilmek gerekir. Gelin, bu ikisi arasındaki bağlantıya yakından bakalım.
🌈 Serbest Cisim Diyagramı Nedir?
Serbest cisim diyagramı, bir cisme etkiyen tüm kuvvetleri gösteren basitleştirilmiş bir çizimdir. Bu diyagramlar, problemleri çözmek ve kuvvetlerin etkisini anlamak için çok önemlidir.
- 🍎 Cismi Seç: Öncelikle hangi cismi inceleyeceğimize karar veririz.
- ✏️ Cismi Basitleştir: Cismi bir nokta veya basit bir şekil olarak çizeriz.
- ➡️ Kuvvetleri Göster: Cisme etkiyen tüm kuvvetleri oklarla gösteririz. Okların yönü kuvvetin yönünü, uzunluğu ise büyüklüğünü temsil eder. Yerçekimi, uygulanan kuvvetler, sürtünme kuvveti gibi tüm kuvvetleri dahil ederiz.
✨ Denge Şartları Nelerdir?
Bir cismin dengede olması için iki temel şart vardır:
- ⚖️ Birinci Denge Şartı (Translasyonel Denge): Bir cisme etkiyen tüm kuvvetlerin vektörel toplamı sıfır olmalıdır. Yani, cisim herhangi bir yönde hızlanmamalıdır. Matematiksel olarak şöyle ifade ederiz: $\sum \vec{F} = 0$. Bu, x ve y eksenleri için ayrı ayrı şu anlama gelir: $\sum F_x = 0$ ve $\sum F_y = 0$.
- 🔄 İkinci Denge Şartı (Dönme Dengesi): Bir cisme etkiyen tüm torkların toplamı sıfır olmalıdır. Tork, bir kuvvetin döndürme etkisidir. Eğer torkların toplamı sıfır değilse, cisim döner. Matematiksel olarak: $\sum \tau = 0$.
🔗 Serbest Cisim Diyagramı ve Denge Şartları Arasındaki Bağlantı
Serbest cisim diyagramı çizmek, denge şartlarını uygulamak için ilk adımdır. Diyagramı çizdikten sonra, cisme etkiyen kuvvetleri belirleyebilir ve bu kuvvetlerin bileşenlerini hesaplayabiliriz. Ardından, denge şartlarını kullanarak bilinmeyen kuvvetleri veya açıları bulabiliriz.
Örneğin, bir masa üzerinde duran bir kitap düşünelim. Kitaba etkiyen kuvvetler yerçekimi (aşağı doğru) ve masa tarafından uygulanan tepki kuvvetidir (yukarı doğru). Serbest cisim diyagramını çizdiğimizde, bu iki kuvveti göreceğiz. Denge şartına göre, bu iki kuvvetin büyüklükleri eşit ve yönleri zıt olmalıdır. Yani, kitap dengededir.
💡 Örnek Soru ve Çözümü
Ağırlığı 50N olan bir blok, eğimi 30 derece olan bir eğik düzlem üzerinde durmaktadır. Bloğun dengede kalması için gereken sürtünme kuvvetini bulun.
Çözüm:
- 📐 Serbest Cisim Diyagramını Çiz: Bloğa etkiyen kuvvetler: Yerçekimi (50N, aşağı doğru), yüzeyin tepki kuvveti (eğik düzleme dik) ve sürtünme kuvveti (eğik düzlem boyunca yukarı doğru).
- ➗ Kuvvetleri Bileşenlerine Ayır: Yerçekimi kuvvetini eğik düzleme paralel ve dik bileşenlerine ayırırız. Paralel bileşen $50 \cdot \sin(30^\circ) = 25N$ olur. Dik bileşen ise $50 \cdot \cos(30^\circ) \approx 43.3N$ olur.
- ➕ Denge Şartını Uygula: Bloğun dengede olması için, eğik düzleme paralel kuvvetlerin toplamı sıfır olmalıdır. Yani, sürtünme kuvveti, yerçekiminin eğik düzleme paralel bileşenine eşit olmalıdır.
Bu durumda, sürtünme kuvveti 25N olmalıdır.
Unutmayın, serbest cisim diyagramları ve denge şartları, fizik problemlerini çözmek için güçlü araçlardır. Bol bol pratik yaparak bu konuyu daha iyi anlayabilirsiniz. Başarılar!
