Düz bir yolda sabit süratle giden araba için aşağıdaki ifadelerden hangisi yanlıştır?
A) Arabanın momentumu korunur
B) Arabanın kinetik enerjisi sabittir
C) Araba üzerine etki eden net kuvvet sıfırdır
D) Arabanın mekanik enerjisi sürekli artar
Sevgili öğrenciler, bu soruyu çözmek için öncelikle sorudaki anahtar bilgileri dikkatlice anlamamız gerekiyor. "Düz bir yolda sabit süratle giden araba" ifadesi, arabanın hareket durumu hakkında bize çok önemli ipuçları vermektedir.
- "Düz bir yolda" ifadesi, arabanın hareket yönünün değişmediğini gösterir. Yani araba viraj almıyor, hep aynı doğrultuda ilerliyor.
- "Sabit süratle" ifadesi ise, arabanın hızının büyüklüğünün değişmediğini belirtir.
- Bu iki bilgiyi birleştirdiğimizde, arabanın hızının (hem yönü hem de büyüklüğü) sabit olduğunu anlarız. Fizikte hız sabitse, ivme ($a$) sıfırdır ($a=0$). Şimdi seçenekleri tek tek inceleyelim:
- A) Arabanın momentumu korunur: Momentum ($p$), kütle ($m$) ile hızın ($v$) çarpımıdır: $p = mv$. Arabanın kütlesi sabittir. Hızı da (yönü ve büyüklüğü) sabit olduğuna göre, momentumu da sabittir. Bir nicelik sabitse, o nicelik korunuyor demektir. Dolayısıyla bu ifade doğrudur.
- B) Arabanın kinetik enerjisi sabittir: Kinetik enerji ($K$), kütle ($m$) ve süratin ($v$) karesinin çarpımının yarısıdır: $K = \frac{1}{2}mv^2$. Arabanın kütlesi sabittir ve soruda süratinin de sabit olduğu belirtilmiştir. Bu durumda arabanın kinetik enerjisi de sabit kalacaktır. Dolayısıyla bu ifade doğrudur.
- C) Araba üzerine etki eden net kuvvet sıfırdır: Newton'un İkinci Hareket Yasası'na göre, bir cisme etki eden net kuvvet ($F_{net}$), cismin kütlesi ($m$) ile ivmesinin ($a$) çarpımına eşittir: $F_{net} = ma$. Yukarıda belirttiğimiz gibi, arabanın hızı sabit olduğu için ivmesi ($a$) sıfırdır. Bu durumda araba üzerine etki eden net kuvvet de sıfır olacaktır ($F_{net} = m \times 0 = 0$). Dolayısıyla bu ifade doğrudur.
- D) Arabanın mekanik enerjisi sürekli artar: Mekanik enerji ($E_{mekanik}$), kinetik enerji ($K$) ile potansiyel enerjinin ($U$) toplamıdır: $E_{mekanik} = K + U$. Yukarıda B seçeneğinde açıkladığımız gibi, arabanın kinetik enerjisi sabittir. Araba "düz bir yolda" gittiği için yüksekliği değişmez. Bu durumda yerçekimi potansiyel enerjisi ($U_g = mgh$) de sabit kalır. Hem kinetik enerji hem de potansiyel enerji sabit olduğuna göre, mekanik enerji de sabit kalacaktır. İfadenin "sürekli artar" demesi, bu durumla çelişmektedir. Dolayısıyla bu ifade yanlıştır.
Soru bizden yanlış olan ifadeyi bulmamızı istediği için, doğru cevap D seçeneğidir.
