Bir dağcı, karlı zeminde yürürken kar ayakkabıları kullanır. Aynı dağcı normal botlarla karlı zeminde yürüdüğünde ayaklarının kara daha çok battığı gözlemlenir.
Bu durumun nedeni aşağıdakilerden hangisidir?
A) Kar ayakkabıları ağırlığı artırır
B) Normal botlarla basınç daha az olur
C) Kar ayakkabıları basıncı azaltır
D) Normal botlarla sürtünme daha fazladır
Sevgili öğrenciler, bu soruyu çözmek için öncelikle "basınç" kavramını iyi anlamamız gerekiyor. Basınç, bir yüzeye etki eden kuvvetin, o yüzeyin alanına bölünmesiyle bulunur. Yani, birim yüzeye düşen kuvvettir.
Basıncın formülü şöyledir: $P = \frac{F}{A}$
- Burada $P$ basıncı, $F$ kuvveti (bu durumda dağcının ağırlığı), $A$ ise kuvvetin uygulandığı yüzey alanını temsil eder.
- Bu formüle göre, kuvvet (ağırlık) sabit kaldığında, yüzey alanı ($A$) arttıkça basınç ($P$) azalır. Yüzey alanı azaldıkça ise basınç artar.
Şimdi bu bilgiyi sorumuzdaki duruma uygulayalım:
- Dağcının Ağırlığı (Kuvvet - $F$): Dağcı ister kar ayakkabısı kullansın ister normal bot, dağcının kendi ağırlığı (yere uyguladığı kuvvet) her iki durumda da aynıdır.
- Kar Ayakkabıları ile Yürüme: Kar ayakkabıları, normal botlara göre çok daha geniş bir tabana sahiptir. Bu, dağcının ağırlığının yere uygulandığı yüzey alanını ($A$) artırır. Yüzey alanı arttığı için, aynı ağırlık daha geniş bir alana yayılır ve birim yüzeye düşen basınç ($P$) azalır. Basınç azaldığında, dağcı kara daha az batar.
- Normal Botlarla Yürüme: Normal botların tabanı, kar ayakkabılarına göre çok daha küçüktür. Bu durumda, dağcının aynı ağırlığı daha küçük bir yüzey alanına ($A$) odaklanır. Yüzey alanı azaldığı için, birim yüzeye düşen basınç ($P$) artar. Basınç arttığında, dağcı kara daha çok batar.
Bu açıklamalara göre seçenekleri değerlendirelim:
- A) Kar ayakkabıları ağırlığı artırır: Kar ayakkabıları dağcıya ek bir ağırlık katsa da, asıl etki yüzey alanını artırarak basıncı azaltmaktır. Ağırlık artışı batmayı artırıcı bir etki yapar, azaltıcı değil. Dolayısıyla bu ifade doğru değildir.
- B) Normal botlarla basınç daha az olur: Normal botların yüzey alanı küçük olduğu için basınç daha fazla olur. Bu ifade yanlıştır.
- C) Kar ayakkabıları basıncı azaltır: Evet, kar ayakkabıları geniş tabanları sayesinde dağcının ağırlığının uygulandığı yüzey alanını artırır ve bu da birim yüzeye düşen basıncı azaltır. Basınç azaldığı için dağcı kara daha az batar. Bu ifade doğrudur.
- D) Normal botlarla sürtünme daha fazladır: Sürtünme, yürüme hareketini ve kaymayı etkileyen bir faktördür ancak ayakların kara ne kadar batacağını belirleyen temel fiziksel ilke basınçtır. Bu durumun ana nedeni sürtünme değildir.
Bu nedenle, kar ayakkabılarının dağcının kara daha az batmasının nedeni, yüzey alanını artırarak basıncı azaltmasıdır.
Cevap C seçeneğidir.
