Hava direncinin önemli olduğu bir ortamda serbest düşmeye bırakılan bir cisim, belirli bir yükseklikten sonra sabit hızla düşmeye başlıyor. Bu durumla ilgili;
I. Cisim limit hıza ulaşmıştır
II. Cisme etki eden net kuvvet sıfırdır
III. Cismin ivmesi sıfırdır
ifadelerinden hangileri doğrudur?
A) Yalnız I
B) I ve II
C) II ve III
D) I, II ve III
Sevgili öğrenciler, bu soru, hava direncinin etkili olduğu bir ortamda düşen cisimlerin hareketini ve temel fizik prensiplerini anlamamızı gerektiriyor. Hadi adım adım inceleyelim:
- Soruyu Anlayalım: Soru bize, hava direncinin önemli olduğu bir ortamda serbest düşmeye bırakılan bir cismin, belirli bir yükseklikten sonra "sabit hızla" düşmeye başladığını söylüyor. Bu ifade, çözümümüzün anahtarıdır.
- I. Cisim limit hıza ulaşmıştır:
- Bir cisim serbest düşerken, üzerine yer çekimi kuvveti (ağırlık) etki eder. Hava direnci de cismin hızına bağlı olarak artan bir kuvvetle yukarı doğru etki eder.
- Cisim hızlandıkça hava direnci de artar. Belli bir noktada, hava direnci kuvveti cismin ağırlığına eşit hale gelir.
- Bu durumda, cisme etki eden net kuvvet sıfır olur ve cisim daha fazla hızlanamaz. İşte bu sabit hıza "limit hız" (veya terminal hız) denir.
- Soruda cismin "sabit hızla düşmeye başladığı" belirtildiğine göre, cisim limit hıza ulaşmıştır. Bu ifade doğrudur.
- II. Cisme etki eden net kuvvet sıfırdır:
- Newton'un İkinci Hareket Yasası'na göre, bir cisme etki eden net kuvvet ($F_{net}$), cismin kütlesi ($m$) ile ivmesinin ($a$) çarpımına eşittir ($F_{net} = m \cdot a$).
- Eğer bir cisim sabit hızla hareket ediyorsa, hızında bir değişiklik olmadığı için ivmesi sıfırdır ($a = 0$).
- İvme sıfır olduğunda, cisme etki eden net kuvvet de sıfır olmak zorundadır ($F_{net} = m \cdot 0 = 0$).
- Bu durumda, cismin ağırlığı ile hava direnci kuvveti birbirini dengelemiş demektir. Bu ifade doğrudur.
- III. Cismin ivmesi sıfırdır:
- İvme, hızdaki değişim oranıdır. Bir cismin hızı sabitse, yani zamanla değişmiyorsa, o cismin ivmesi sıfırdır.
- Soru metninde cismin "sabit hızla düşmeye başladığı" açıkça belirtilmiştir.
- Sabit hız demek, hızın hem büyüklüğünün hem de yönünün değişmemesi demektir. Bu da ivmenin sıfır olduğu anlamına gelir. Bu ifade doğrudur.
Gördüğümüz gibi, her üç ifade de cismin limit hıza ulaştığı ve sabit hızla hareket ettiği durum için geçerlidir. Bu durum, fiziksel dünyada sıkça karşılaştığımız ve Newton yasalarının güzel bir uygulamasıdır.
Cevap D seçeneğidir.
