Bir paraşütçünün paraşütü açmadan önceki ve açtıktan sonraki limit hızları arasındaki ilişki nasıldır?
A) Paraşüt açılmadan önce daha düşüktürMerhaba sevgili öğrenciler!
Bu soru, fizik dersinde sıkça karşılaştığımız ve günlük hayatta da gözlemleyebileceğimiz önemli bir kavram olan "limit hız" (terminal velocity) ile ilgilidir. Gelin, bu durumu adım adım inceleyelim:
Bir cisim havada serbest düşüşe başladığında, yer çekimi kuvveti onu aşağı çekerken, hava direnci kuvveti de hareketine zıt yönde, yani yukarı doğru etki eder. Cismin hızı arttıkça hava direnci de artar. Belli bir hızda, hava direnci kuvveti ile yer çekimi kuvveti birbirine eşit hale gelir. Bu durumda cisme etki eden net kuvvet sıfır olur ve cisim artık hızlanmayı bırakarak sabit bir hızla düşmeye devam eder. İşte bu sabit hıza limit hız denir.
Limit hız, cismin kütlesi, yer çekimi ivmesi, havanın yoğunluğu, cismin şekli ve enine kesit alanı (frontal area) gibi faktörlere bağlıdır. Özellikle cismin hareket yönüne dik olan enine kesit alanı (hava ile temas eden yüzey alanı) ve sürtünme katsayısı, hava direncini ve dolayısıyla limit hızı büyük ölçüde etkiler. Daha büyük bir enine kesit alanı, daha fazla hava direncine neden olur.
Paraşütçü paraşütünü açmadan önce, vücudu havayla temas eden nispeten küçük bir enine kesit alanına sahiptir. Bu durumda, hava direnci kuvvetinin yer çekimi kuvvetini dengelemesi için paraşütçünün oldukça yüksek bir hıza ulaşması gerekir. Bu nedenle, paraşüt açılmadan önceki limit hız oldukça yüksektir (yaklaşık $200 \text{ km/s}$ veya daha fazla olabilir, paraşütçünün pozisyonuna göre değişir).
Paraşüt açıldığında, sistemin (paraşütçü + paraşüt) havayla temas eden enine kesit alanı (frontal area) muazzam derecede artar. Paraşütün geniş yüzeyi, çok daha fazla hava direncine neden olur. Artan hava direnci sayesinde, yer çekimi kuvvetini dengelemek için çok daha düşük bir hız yeterli olur. Bu nedenle, paraşüt açıldıktan sonraki limit hız önemli ölçüde azalır (yaklaşık $15-20 \text{ km/s}$ civarına düşer).
Paraşütün açılması, hava direncini dramatik bir şekilde artırarak paraşütçünün limit hızını büyük ölçüde düşürür. Bu sayede paraşütçü güvenli bir şekilde yere inebilir.
Bu açıklamalara göre, paraşüt açıldıktan sonraki limit hız, açılmadan önceki limit hızdan daha düşüktür.
Cevap B seçeneğidir.
