Kuvvet nedir Test 1

Kütlesi 4 kg olan bir cisim 10 m/s hızla hareket ederken, üzerine 20 N'luk sabit bir kuvvet zıt yönde uygulanıyor. Cisim kaç saniye sonra durur?

A) 1
B) 2
C) 3
D) 4

Sevgili öğrenciler, bu soruda bir cismin hareket halindeyken üzerine zıt yönde bir kuvvet uygulanması sonucu ne kadar sürede duracağını bulacağız. Fizikte bu tür problemleri çözmek için genellikle iki temel prensibi kullanırız: Newton'un İkinci Yasası (kuvvet ve ivme ilişkisi) ve hareket denklemleri (kinematik).

• Verilenleri Belirleyelim:
  • Cismin kütlesi ($m$) = $4 \text{ kg}$
  • Cismin ilk hızı ($v_0$) = $10 \text{ m/s}$
  • Uygulanan kuvvet ($F$) = $20 \text{ N}$ (hareket yönüne zıt)
  • Cisim durduğunda son hızı ($v$) = $0 \text{ m/s}$
  • Aradığımız değer: Geçen süre ($t$) = ?
• Adım 1: Kuvvetten İvmeyi Bulma

  Cisme uygulanan kuvvet, cismin hızını değiştirecek bir ivme kazandırır. Newton'un İkinci Yasası'na göre kuvvet ($F$), kütle ($m$) ve ivme ($a$) arasındaki ilişki $F = m \cdot a$ şeklindedir.

  Kuvvet hareket yönüne zıt olduğu için cismi yavaşlatır. Bu yüzden ivme negatif olacaktır (yavaşlama ivmesi).

  • Formül: $F = m \cdot a$
  • Değerleri yerine koyalım: $20 \text{ N} = 4 \text{ kg} \cdot a$
  • İvmeyi bulalım: $a = \frac{20 \text{ N}}{4 \text{ kg}} = 5 \text{ m/s}^2$
  • Kuvvet zıt yönde olduğu için ivme $a = -5 \text{ m/s}^2$ olarak alınır. (Negatif işaret, ivmenin hızın yönüne zıt olduğunu, yani cismin yavaşladığını gösterir.)
• Adım 2: İvme ve Hız Denklemlerini Kullanarak Zamanı Bulma

  Şimdi ivmeyi bildiğimize göre, cismin durması için ne kadar süre geçmesi gerektiğini hareket denklemlerinden biriyle bulabiliriz. Hız, ivme ve zaman arasındaki ilişkiyi veren denklem $v = v_0 + a \cdot t$ şeklindedir.

  • Formül: $v = v_0 + a \cdot t$
  • Değerleri yerine koyalım: Cisim durduğunda son hızı $v = 0 \text{ m/s}$ olur. İlk hızımız $v_0 = 10 \text{ m/s}$ ve bulduğumuz ivme $a = -5 \text{ m/s}^2$.
  • $0 = 10 \text{ m/s} + (-5 \text{ m/s}^2) \cdot t$
  • Denklemi düzenleyelim: $0 = 10 - 5t$
  • $-10 = -5t$
  • Her iki tarafı $-5$'e bölelim: $t = \frac{-10}{-5} = 2 \text{ s}$

Buna göre, cisim $2$ saniye sonra durur.

Cevap B seçeneğidir.