Bir cisme etki eden net kuvvet sıfır olduğunda aşağıdakilerden hangisi kesinlikle doğrudur?
A) Cisim duruyordur
B) Cisim sabit hızla hareket ediyordur
C) Cisim sabit süratle hareket ediyordur
D) Cismin momentumu değişmez
Merhaba sevgili öğrenciler, bu soruyu adım adım inceleyerek doğru cevabı bulalım.
Fizikte, bir cisme etki eden net kuvvet, cismin momentumundaki değişim hızıyla doğrudan ilişkilidir. Bu ilişki, Newton'ın İkinci Yasası ile ifade edilir ve matematiksel olarak $\vec{F}_{net} = \frac{d\vec{p}}{dt}$ şeklinde yazılır. Burada $\vec{F}_{net}$ net kuvveti, $\vec{p}$ cismin momentumunu ve $t$ zamanı temsil eder.
Soruda bize verilen bilgi, cisme etki eden net kuvvetin sıfır olduğudur, yani $\vec{F}_{net} = 0$.
Bu durumda, Newton'ın İkinci Yasası'nı kullanarak $\frac{d\vec{p}}{dt} = 0$ sonucuna ulaşırız.
$\frac{d\vec{p}}{dt} = 0$ ifadesi, cismin momentumunun zamanla değişmediği, yani sabit kaldığı anlamına gelir. Bu, doğrudan D seçeneğinde belirtilen durumdur: "Cismin momentumu değişmez."
Şimdi diğer seçenekleri de inceleyelim ve neden kesinlikle doğru olmadıklarını veya D seçeneği tarafından kapsandıklarını görelim:
A) Cisim duruyordur: Momentum $\vec{p} = m\vec{v}$ formülüyle hesaplanır, burada $m$ kütle ve $\vec{v}$ hızdır. Eğer momentum sabitse, hız da sabit olmalıdır (kütle sabit kabul edildiğinde). Sabit hız, cismin duruyor olması ($\vec{v}=0$) anlamına gelebilir, ancak aynı zamanda cismin sabit bir hızla hareket ediyor olması ($\vec{v} = \text{sabit ve } \vec{v} \neq 0$) anlamına da gelebilir. Dolayısıyla, cismin duruyor olması kesinlikle doğru değildir.
B) Cisim sabit hızla hareket ediyordur: Net kuvvet sıfır olduğunda momentum sabit kalır. Kütle sabit olduğundan, momentumun sabit kalması için hızın da sabit kalması gerekir. Yani, $\vec{v} = \text{sabit}$. Bu ifade doğrudur. Ancak, D seçeneği (momentumun değişmemesi) bu durumu kapsayan daha temel bir ifadedir.
C) Cisim sabit süratle hareket ediyordur: Sabit hız demek, hem süratin (hızın büyüklüğü) hem de yönün sabit olması demektir. Dolayısıyla, cisim sabit hızla hareket ediyorsa, sabit süratle de hareket ediyordur. Bu ifade de doğrudur. Ancak, yine D seçeneği bu durumu da kapsayan daha temel bir ifadedir.
Özetle, net kuvvet sıfır olduğunda, cismin momentumu kesinlikle değişmez. Momentumun değişmemesi, cismin hızının sabit kalmasını (hem büyüklük hem de yön olarak) ve dolayısıyla süratinin de sabit kalmasını gerektirir. Ancak, momentumun değişmemesi, Newton'ın İkinci Yasası'nın doğrudan ve en genel sonucudur. Bu nedenle, en kesin ve temel doğru ifade D seçeneğidir.
