Bir öğrenci elindeki kitabı sabit tutabilmek için aşağı yönde 15 N'luk kuvvet uyguluyor. Kitabın ağırlığı 15 N olduğuna göre, öğrenci kitabı nasıl sabit tutabilmektedir?
A) Kitaba etki eden kuvvetler dengeli olduğu için
B) Sürtünme kuvveti sayesinde
C) Öğrencinin kuvveti dengeleyici kuvvet olduğu için
D) Kitabın eylemsizliği sayesinde
Merhaba sevgili öğrenciler!
Bu soruyu çözmek için öncelikle bir cismin "sabit" kalmasının fiziksel olarak ne anlama geldiğini anlamamız gerekiyor. Bir cisim sabit duruyorsa veya sabit hızla hareket ediyorsa, o cisme etki eden net kuvvet sıfırdır. Yani, tüm kuvvetler birbirini dengelemiş demektir. Buna denge durumu deriz.
- Adım 1: Kitaba etki eden kuvvetleri belirleyelim.
- Kitabın kendi ağırlığı: 15 N (aşağı yönde)
- Öğrencinin kitaba uyguladığı kuvvet: 15 N (aşağı yönde)
- Adım 2: Toplam aşağı yönlü kuvveti hesaplayalım.
- Kitabın ağırlığı ve öğrencinin uyguladığı kuvvet aynı yönde (aşağı yönde) olduğu için bu kuvvetler toplanır.
- Toplam aşağı yönlü kuvvet = Kitabın ağırlığı + Öğrencinin kuvveti = $15 N + 15 N = 30 N$.
- Adım 3: Kitabın sabit kalması için gerekli dengeleyici kuvveti düşünelim.
- Kitap sabit durduğuna göre, ona etki eden net kuvvet sıfır olmalıdır.
- Aşağı yönde toplam $30 N$ kuvvet olduğuna göre, kitabı sabit tutan öğrencinin eli, bu $30 N$'luk aşağı yönlü kuvvete zıt yönde, yani yukarı yönde $30 N$'luk bir kuvvet uygulamalıdır. Bu kuvvet, öğrencinin elinin kitaba uyguladığı destek kuvvetidir.
- Adım 4: Kuvvetlerin dengesini açıklayalım.
- Şimdi kitaba etki eden kuvvetlere tekrar bakalım:
- Aşağı yönde: Kitabın ağırlığı ($15 N$) + Öğrencinin aşağı itme kuvveti ($15 N$) = $30 N$
- Yukarı yönde: Öğrencinin elinin destek kuvveti = $30 N$
- Gördüğümüz gibi, aşağı yönlü toplam kuvvet ile yukarı yönlü destek kuvveti birbirine eşit ve zıt yöndedir. Bu durumda, kitaba etki eden net kuvvet sıfırdır ve kitap sabit kalır.
- Adım 5: Seçenekleri değerlendirelim.
- A) Kitaba etki eden kuvvetler dengeli olduğu için: Yukarıdaki açıklamalarımızla tamamen uyumlu. Kitap sabit duruyorsa, ona etki eden tüm kuvvetler dengelenmiş demektir.
- B) Sürtünme kuvveti sayesinde: Sürtünme kuvveti bu senaryoda ana açıklama değildir. Öğrenci kitabı iki eliyle yanlardan sıkıştırıyor olsaydı sürtünme devreye girebilirdi, ancak burada bahsedilen ana etki bu değildir. Ayrıca sürtünme de bir kuvvettir ve diğer kuvvetlerle birlikte dengelenmelidir.
- C) Öğrencinin kuvveti dengeleyici kuvvet olduğu için: Öğrencinin uyguladığı $15 N$'luk kuvvet aşağı yöndedir. Kitabın ağırlığı da aşağı yöndedir. Bu iki kuvvet birbirini dengelemez, aksine aynı yönde etki ederek toplam aşağı yönlü kuvveti artırır. Dengeleyici kuvvet, yukarı yönde $30 N$ olmalıdır.
- D) Kitabın eylemsizliği sayesinde: Eylemsizlik, bir cismin hareket durumunu koruma eğilimidir. Kitap başlangıçta duruyorsa durmaya devam etmek ister, ancak eylemsizlik tek başına kuvvetleri dengeleyen bir etki değildir. Eylemsizlik, net bir kuvvet olduğunda cismin ivmelenmeye karşı gösterdiği dirençtir. Kitabın sabit kalması için net kuvvetin sıfır olması, yani kuvvetlerin dengelenmesi gerekir.
Sonuç olarak, kitap sabit kaldığına göre, ona etki eden tüm kuvvetler (ağırlık, öğrencinin aşağı itme kuvveti ve öğrencinin elinin yukarı destek kuvveti) birbirini dengelemiş olmalıdır.
Cevap A seçeneğidir.
