Hava direncinin ihmal edildiği bir ortamda serbest düşen cisim için aşağıdakilerden hangisi doğrudur?
A) Limit hız kavramı geçerlidir
B) Hız sürekli artar
C) Belirli bir hızdan sonra hız sabit kalır
D) İvme zamanla azalır
Merhaba sevgili öğrenciler!
Bu soruda, hava direncinin ihmal edildiği bir ortamda serbest düşen bir cismin hareketini inceleyeceğiz. Bu durum, fizik problemlerinde sıklıkla karşılaştığımız ideal bir senaryodur. Hava direncinin olmadığı bir ortamda, bir cisme etki eden tek kuvvet yer çekimi kuvvetidir.
-
Soruyu Anlayalım:
Serbest düşme, bir cismin sadece yer çekimi kuvvetinin etkisi altında hareket etmesidir. "Hava direncinin ihmal edildiği" ifadesi çok önemlidir, çünkü bu, cismin hareketini etkileyen sürtünme kuvveti gibi başka bir kuvvetin olmadığını gösterir.
-
Seçenekleri Değerlendirelim:
-
A) Limit hız kavramı geçerlidir: Limit hız (veya terminal hız), bir cisme etki eden hava direnci kuvveti ile yer çekimi kuvvetinin birbirini dengelediği durumda ulaşılan sabit hızdır. Hava direnci ihmal edildiği için, bu dengeleyici kuvvet ortadan kalkar. Dolayısıyla, limit hız kavramı bu senaryoda geçerli değildir.
-
B) Hız sürekli artar: Hava direncinin olmadığı bir ortamda, cisme etki eden tek kuvvet yer çekimi kuvvetidir. Bu kuvvet, cismin kütlesi ($m$) ve yer çekimi ivmesi ($g$) ile $F = m \cdot g$ şeklinde ifade edilir. Newton'un İkinci Yasası'na göre ($F = m \cdot a$), bu sabit kuvvet, cisme sabit bir ivme ($a = g$) kazandırır. İvme, hızdaki değişim anlamına geldiği için, sabit bir ivme altında cismin hızı sürekli olarak artar. Bu ifade doğrudur.
-
C) Belirli bir hızdan sonra hız sabit kalır: Bu durum, limit hızın tanımıdır ve yukarıda A seçeneğinde açıklandığı gibi, hava direnci ihmal edildiğinde geçerli değildir. Cisim, yer çekimi ivmesi nedeniyle hızlanmaya devam eder.
-
D) İvme zamanla azalır: Hava direncinin ihmal edildiği bir ortamda, cisme etki eden tek kuvvet yer çekimi kuvvetidir ve bu kuvvet sabittir. Dolayısıyla, cismin kazandığı ivme de sabittir ve yer çekimi ivmesi ($g \approx 9.8 \text{ m/s}^2$) kadardır. İvme zamanla azalmaz, sabit kalır.
Sonuç olarak, hava direncinin olmadığı bir ortamda serbest düşen bir cisim, sabit yer çekimi ivmesi etkisiyle hızını sürekli olarak artırır.
Cevap B seçeneğidir.
