Bir araba düz bir yolda 20 m/s sabit hızla giderken, sürücü frene basıyor. Frenleme sırasında araba için aşağıdakilerden hangisi doğrudur?
A) Arabanın ivmesi sıfırdır.Sevgili öğrenciler, bu soruyu adım adım inceleyelim ve frenleme anında arabaya etki eden fiziksel durumları anlayalım.
Bir araba fren yaptığında, hızı azalmaya başlar. Başlangıçta $20 \text{ m/s}$ sabit hızla giden arabanın hızı, frenleme ile birlikte düşecektir. Hızdaki bu azalma, arabanın yavaşladığı anlamına gelir.
Fizikte ivme, bir cismin hızındaki değişim oranıdır. Eğer bir cismin hızı artıyorsa (hızlanma), azalıyorsa (yavaşlama veya negatif ivme) veya yön değiştiriyorsa, o cismin bir ivmesi vardır. Arabanın hızı azaldığına göre, arabanın bir ivmesi vardır ve bu ivme hareket yönüne zıttır (yavaşlama ivmesi).
Bu durumda, arabanın ivmesi sıfır değildir ($a \neq 0$).
Newton'ın İkinci Yasası'na göre, bir cisim üzerine etki eden net kuvvet ($F_{net}$), cismin kütlesi ($m$) ile ivmesinin ($a$) çarpımına eşittir: $F_{net} = m \cdot a$.
Bu yasa bize şunu söyler: Eğer bir cismin ivmesi sıfırdan farklıysa ($a \neq 0$), o zaman o cisim üzerine etki eden net kuvvet de sıfırdan farklı olmak zorundadır ($F_{net} \neq 0$). Tersine, eğer net kuvvet sıfırsa, ivme de sıfır olmak zorundadır.
A) Arabanın ivmesi sıfırdır. Bu ifade yanlıştır. Çünkü arabanın hızı azaldığı için bir ivmesi vardır (yavaşlama ivmesi). Eğer ivme sıfır olsaydı, arabanın hızı değişmezdi.
B) Araba üzerindeki net kuvvet sıfırdır. Bu ifade yanlıştır. Arabanın ivmesi sıfır olmadığı için ($a \neq 0$), Newton'ın İkinci Yasası ($F_{net} = m \cdot a$) gereği net kuvvet de sıfır olamaz ($F_{net} \neq 0$). Net kuvvetin sıfır olması, ivmenin de sıfır olması anlamına gelir ki bu da arabanın hızının değişmemesi demektir.
C) Araba üzerindeki net kuvvet sıfırdan farklıdır. Bu ifade doğrudur. Araba yavaşladığı için bir ivmesi vardır ($a \neq 0$). Arabanın kütlesi ($m$) de sıfırdan farklı olduğuna göre, Newton'ın İkinci Yasası'na göre net kuvvet ($F_{net} = m \cdot a$) sıfırdan farklı olmalıdır. Bu net kuvvet, fren balataları ile tekerlekler arasındaki sürtünme kuvveti ve yol ile tekerlekler arasındaki sürtünme kuvveti gibi dış kuvvetlerden kaynaklanır ve arabanın hareket yönünün tersine etki ederek yavaşlamasına neden olur.
D) Arabanın hızı artmaya devam eder. Bu ifade yanlıştır. Frenleme, bir cismin hızını azaltma eylemidir, artırma değil. Hızın artması için arabanın hızlanması (gaz pedalına basılması) gerekir.
Cevap C seçeneğidir.
