Sürtünmesiz yatay bir düzlemde 10 N'luk sabit kuvvetle itilen bir cisim, 5 N'luk sabit sürtünme kuvvetiyle karşılaşıyor. Bu cisim için aşağıdakilerden hangisi doğrudur?
A) Cisim dengelenmiş kuvvetler etkisindedir
B) Cisim sabit hızla hareket eder
C) Cisim hızlanır
D) Cisim yavaşlar
Sevgili öğrenciler, bu soruyu adım adım inceleyerek doğru cevabı bulalım. Fizikte kuvvet ve hareket konuları, günlük hayatta karşılaştığımız birçok olayı anlamamızı sağlar. Hadi başlayalım!
- Adım 1: Cisme etki eden kuvvetleri belirleyelim.
- Cisme uygulanan bir itme kuvveti var: $F_{uygulanan} = 10 \text{ N}$. Bu kuvvet cismi hareket ettirmeye çalışıyor.
- Cismin hareketine karşı koyan bir sürtünme kuvveti var: $F_{sürtünme} = 5 \text{ N}$. Sürtünme kuvveti her zaman harekete zıt yöndedir.
- Soruda "sürtünmesiz yatay bir düzlemde" ifadesi geçse de, hemen ardından "5 N'luk sabit sürtünme kuvvetiyle karşılaşıyor" denildiği için, sürtünme kuvvetinin varlığını kabul etmeliyiz. Bu, sorunun yazımındaki küçük bir çelişkidir, ancak önemli olan verilen sayısal değerleri kullanmaktır.
- Adım 2: Cisme etki eden net kuvveti (bileşke kuvveti) hesaplayalım.
- Net kuvvet, cismi hareket ettirmeye çalışan kuvvet ile hareketi engelleyen kuvvetin farkıdır. Bu iki kuvvet zıt yönlü olduğu için birbirinden çıkarılır.
- $F_{net} = F_{uygulanan} - F_{sürtünme}$
- $F_{net} = 10 \text{ N} - 5 \text{ N}$
- $F_{net} = 5 \text{ N}$
- Gördüğümüz gibi, cisme etki eden net bir kuvvet var ve bu kuvvet sıfırdan farklıdır ($5 \text{ N}$).
- Adım 3: Newton'ın İkinci Hareket Yasası'nı hatırlayalım.
- Newton'ın İkinci Yasası der ki: Bir cisme etki eden net bir kuvvet varsa ($F_{net} \neq 0$), cisim bu net kuvvet yönünde ivmelenir. İvme, cismin hızının değişmesi anlamına gelir. Yani cisim ya hızlanır ya da yavaşlar. Bu yasanın matematiksel ifadesi $F_{net} = m \cdot a$'dır (kütle çarpı ivme).
- Eğer net kuvvet sıfır olsaydı ($F_{net} = 0$), cisim ya duruyor kalır ya da sabit hızla hareket ederdi (Newton'ın Birinci Yasası).
- Adım 4: Cismin hareketini yorumlayalım.
- Hesapladığımız net kuvvet $F_{net} = 5 \text{ N}$ ve sıfırdan farklıdır. Bu durumda cisim ivmeli hareket yapacaktır.
- Uygulanan kuvvet ($10 \text{ N}$) sürtünme kuvvetinden ($5 \text{ N}$) büyük olduğu için, net kuvvet cismin hareket yönündedir.
- Net kuvvet hareket yönünde olduğu için, cismin hızı zamanla artacaktır. Yani cisim hızlanır.
- Adım 5: Seçenekleri değerlendirelim.
- A) Cisim dengelenmiş kuvvetler etkisindedir: Yanlış. Dengelenmiş kuvvetler etkisinde olması için net kuvvetin sıfır olması gerekirdi. Bizim net kuvvetimiz $5 \text{ N}$'dir.
- B) Cisim sabit hızla hareket eder: Yanlış. Sabit hızla hareket etmesi için de net kuvvetin sıfır olması gerekir.
- C) Cisim hızlanır: Doğru. Net kuvvet sıfırdan farklı ve hareket yönünde olduğu için cisim hızlanır.
- D) Cisim yavaşlar: Yanlış. Yavaşlaması için net kuvvetin hareket yönünün tersine olması gerekirdi (yani sürtünme kuvveti uygulanan kuvvetten büyük olmalıydı veya cisim itilmeye devam etmezken sürtünme kuvveti etki etmeliydi).
Cevap C seçeneğidir.
