10. sınıf fizik 1. dönem 2. yazılı 1. senaryo Test 5

Hava direncinin ihmal edildiği bir ortamda, yerden belirli bir yükseklikten serbest bırakılan bir cismin hareketi ile ilgili aşağıdaki ifadelerden hangisi doğrudur?

A) Cismin hızı sabittir.
B) Cismin ivmesi düşüş süresince artar.
C) Cismin ivmesi düşüş süresince sabittir ve yer çekimi ivmesine eşittir.
D) Cismin ivmesi cismin kütlesine bağlıdır.
E) Cismin düşme süresi cismin bırakıldığı yüksekliğe bağlı değildir.

Bu soru, hava direncinin ihmal edildiği bir ortamda, yani "serbest düşme" hareketini incelemektedir. Serbest düşme, bir cismin sadece yer çekimi kuvvetinin etkisi altında hareket etmesi durumudur. Bu durumu adım adım inceleyelim:

• A) Cismin hızı sabittir.

  Bu ifade yanlıştır. Yer çekimi kuvveti, cisim üzerinde sürekli bir ivme oluşturduğu için cismin hızı düşüş süresince sürekli olarak artar. Yani, cisim her saniye daha da hızlanır.

• B) Cismin ivmesi düşüş süresince artar.

  Bu ifade de yanlıştır. Hava direncinin ihmal edildiği serbest düşme hareketinde, cisme etki eden tek kuvvet yer çekimi kuvvetidir. Bu kuvvetin oluşturduğu ivme, yer çekimi ivmesi ($g$) olup, düşüş süresince sabittir ve cismin kütlesine, hızına veya yüksekliğine bağlı olarak değişmez.

• C) Cismin ivmesi düşüş süresince sabittir ve yer çekimi ivmesine eşittir.

  Bu ifade doğrudur. Serbest düşme hareketinin temel tanımı budur. Hava direncinin olmadığı bir ortamda, tüm cisimler (kütleleri ne olursa olsun) aynı ivmeyle, yani yer çekimi ivmesi ($g \approx 9.8 \text{ m/s}^2$) ile düşer. Bu ivme, cismin düşüşü boyunca sabit kalır.

• D) Cismin ivmesi cismin kütlesine bağlıdır.

  Bu ifade yanlıştır. Ünlü bilim insanı Galileo Galilei'nin deneyleri ve Newton'ın hareket yasaları göstermiştir ki, hava direncinin olmadığı bir ortamda, bir cismin düşme ivmesi kütlesine bağlı değildir. Yani, bir tüy ile bir gülle aynı anda serbest bırakıldığında, aynı ivmeyle düşerler. Matematiksel olarak, $F = ma$ ve yer çekimi kuvveti $F_g = mg$ olduğundan, $ma = mg$ eşitliğinden $a = g$ bulunur. Kütle ($m$) denklemin her iki tarafında da sadeleşir.

• E) Cismin düşme süresi cismin bırakıldığı yüksekliğe bağlı değildir.

  Bu ifade yanlıştır. Cismin düşme süresi, bırakıldığı yüksekliğe doğrudan bağlıdır. Yüksekten bırakılan bir cisim, daha uzun süre düşer. Serbest düşme hareketinde, başlangıç hızı sıfır ise düşme süresi ($t$) ve yükseklik ($h$) arasındaki ilişki $h = \frac{1}{2}gt^2$ formülü ile verilir. Bu formülden de anlaşılacağı üzere, yükseklik ($h$) arttıkça düşme süresi ($t$) de artar.

Yukarıdaki açıklamalar ışığında, doğru ifade C seçeneğinde verilmiştir.

Cevap C seçeneğidir.