Sürtünmesiz ortamda serbest düşmeye bırakılan bir cisim için aşağıdaki ifadelerden hangisi doğrudur?
A) Net kuvvet sıfırdırHarika bir soru! Sürtünmesiz ortamda serbest düşmeye bırakılan bir cismin hareketini anlamak, fiziğin temel prensiplerini kavramak için çok önemlidir. Hadi bu durumu adım adım inceleyelim:
Serbest düşme, bir cismin sadece yer çekimi kuvvetinin etkisi altında hareket etmesidir. Soruda belirtildiği gibi "sürtünmesiz ortam" ifadesi, hava direnci gibi dış etkenlerin olmadığını varsaydığımız anlamına gelir. Bu, analizi basitleştirir ve temel fizik yasalarını daha net görmemizi sağlar.
Bu ifade doğru değildir. Çünkü cisim serbest düşerken, üzerine etki eden tek kuvvet yer çekimi kuvvetidir ($F_g = mg$). Yer çekimi kuvveti sıfır olmadığı için, cisme etki eden net kuvvet de sıfır değildir. Eğer net kuvvet sıfır olsaydı, cisim ya duruyor olurdu ya da sabit hızla hareket ederdi (Newton'un Birinci Yasası).
Bu ifade de doğru değildir. Sürtünmesiz ortamda serbest düşen bir cismin ivmesi, yer çekimi ivmesine ($g$) eşittir. Dünya yüzeyine yakın bölgelerde yer çekimi ivmesi yaklaşık olarak $9.8 \ m/s^2$ olup, sabit bir değerdir. Yani cismin ivmesi sabittir.
Bu ifade de doğru değildir. Cisme etki eden net bir kuvvet (yer çekimi) olduğu ve bu kuvvet sabit bir ivme ($g$) yarattığı için, cismin hızı sürekli olarak artacaktır. Hızın sabit olması için net kuvvetin sıfır olması gerekirdi.
İşte bu ifade doğrudur! Mekanik enerji, bir cismin kinetik enerjisi ($E_k = \frac{1}{2}mv^2$) ile potansiyel enerjisinin ($E_p = mgh$) toplamıdır. Mekanik enerji, sadece yer çekimi gibi korunumlu kuvvetlerin iş yaptığı durumlarda korunur. Sürtünmesiz bir ortamda, hava direnci gibi enerji kaybına neden olan korunumsuz kuvvetler yoktur. Bu nedenle, cisim düşerken potansiyel enerjisi azalırken, kinetik enerjisi aynı miktarda artar ve toplam mekanik enerji ($E_{mekanik} = E_k + E_p$) sabit kalır.
Bu yüzden, sürtünmesiz ortamda serbest düşmeye bırakılan bir cisim için mekanik enerjisi korunur ifadesi doğrudur.
Cevap C seçeneğidir.
