Bir bisikletli düz yolda sabit hızla giderken pedal çevirmeyi bırakıyor. Bisiklet yavaşlayarak duruyor. Bu süreçle ilgili aşağıdakilerden hangisi doğrudur?
A) Pedal çevirirken dengelenmemiş kuvvetler etkindirMerhaba sevgili öğrenciler!
Bu soruda, bir bisikletlinin hareketini ve bu hareket sırasında etkili olan kuvvetleri inceleyeceğiz. Fizikte cisimlerin hareketini anlamak için kuvvetlerin dengede olup olmadığını bilmek çok önemlidir. Hadi seçenekleri tek tek inceleyelim:
Bir bisikletli pedal çevirdiğinde, ileri doğru bir itme kuvveti uygular. Eğer bisikletli hızlanıyorsa (yani hızı artıyorsa veya duruştan harekete geçiyorsa), uyguladığı itme kuvveti, sürtünme ve hava direnci gibi onu yavaşlatmaya çalışan kuvvetlerden daha büyüktür. Bu durumda, bisiklet üzerinde bir net kuvvet (dengelenmemiş kuvvet) vardır ve bu net kuvvet bisikletin hızlanmasına neden olur. Soru "pedal çevirirken" ifadesini genel anlamda kullandığı için, hızlanma durumlarını da kapsar ve bu durumda dengelenmemiş kuvvetler etkindir. Eğer bisikletli sabit hızla gidiyorsa, pedal kuvveti ile direnç kuvvetleri dengelenmiş demektir. Ancak, pedal çevirme eylemi genellikle hızlanma potansiyeli taşıyan bir kuvvet uygulamasıdır ve bu seçenekteki ifade, hızlanma durumlarını da içerdiği için doğrudur.
Bir cisim yavaşlıyorsa, yani hızı azalıyorsa, bu durum hızında bir değişiklik olduğu anlamına gelir. Newton'un Birinci Hareket Yasası'na göre, bir cismin hızı değişiyorsa (hızlanma veya yavaşlama), o cisim üzerinde mutlaka bir net kuvvet (dengelenmemiş kuvvet) vardır. Bisiklet yavaşlarken, sürtünme ve hava direnci gibi hareketini engelleyen kuvvetler, ileri doğru bir itme kuvveti olmadığından (pedal çevirme bırakıldığı için) daha baskındır. Bu yüzden bisiklet üzerinde hareket yönünün tersine bir net kuvvet oluşur ve bu da yavaşlamaya neden olur. Dolayısıyla, yavaşlama sırasında kuvvetler dengelenmemiş durumdadır. Bu seçenek yanlıştır.
"Durma anı" ifadesi biraz yanıltıcı olabilir. Eğer bisiklet tamamen durmuş ve hareketsiz kalmışsa, evet, o zaman üzerindeki net kuvvet sıfırdır (dengelenmiş kuvvetler). Ancak, bisikletin yavaşlayarak durduğu o anlık süreçte, onu durduran sürtünme kuvveti hala etkindir. Örneğin, yukarı atılan bir top en tepe noktasına ulaştığında anlık olarak hızı sıfırdır, ancak yer çekimi kuvveti hala etki ettiği için net kuvvet sıfır değildir. Benzer şekilde, bisikletin yavaşlama sürecinin son anında, onu durduran kuvvetler (sürtünme) hala etkili olduğundan net kuvvet sıfır değildir. Net kuvvetin sıfır olması, cismin ya hareketsiz kalması ya da sabit hızla hareket etmesi anlamına gelir. Bu seçenek yanlıştır.
Sürtünme kuvveti her zaman cismin hareketine veya hareket etme eğilimine zıt yönde etki eder. Bisiklet ileri doğru hareket ederken yavaşlıyorsa, sürtünme kuvveti (tekerlekler ile yol arasındaki, hava direnci vb.) bisikletin hareket yönünün tersine, yani geriye doğru etki eder. Bu kuvvet, bisikletin yavaşlamasına neden olur. Eğer sürtünme kuvveti hareket yönünde olsaydı, bisiklet hızlanırdı. Bu seçenek yanlıştır.
Yukarıdaki analizlere göre, B, C ve D seçenekleri kesinlikle yanlıştır. A seçeneği ise, pedal çevirme eyleminin genel olarak hızlanma durumlarını da kapsadığı ve bu durumlarda dengelenmemiş kuvvetlerin etkin olduğu düşünüldüğünde doğru kabul edilir.
Cevap A seçeneğidir.
