Dairesel bir pistte sabit süratle hareket eden bir yarış arabası için aşağıdaki ifadelerden hangisi doğrudur?
A) Aracın hızı sabittir.
B) Aracın ivmesi sıfırdır.
C) Aracın sürati ve hızı aynıdır.
D) Aracın hızı değişirken sürati sabit kalabilir.
E) Aracın yer değiştirmesi her zaman sıfırdır.
Sevgili öğrenciler, bu soruyu doğru bir şekilde çözebilmek için öncelikle temel fiziksel büyüklükler olan sürat, hız ve ivme kavramlarını dairesel hareket bağlamında iyi anlamamız gerekiyor.
- Sürat: Bir cismin birim zamanda aldığı yol miktarıdır. Sadece büyüklüğü (sayısal değeri) olan skaler bir büyüklüktür. Yönü yoktur.
- Hız: Bir cismin birim zamanda yaptığı yer değiştirme miktarıdır. Hem büyüklüğü (sayısal değeri) hem de yönü olan vektörel bir büyüklüktür. Hızın değişmesi için ya büyüklüğünün ya da yönünün ya da her ikisinin birden değişmesi gerekir.
- İvme: Bir cismin hızındaki değişimdir. Hız değiştiğinde (büyüklüğü veya yönü değiştiğinde) ivme oluşur. İvme de vektörel bir büyüklüktür.
Şimdi sorumuzdaki durumu inceleyelim: Dairesel bir pistte sabit süratle hareket eden bir yarış arabası.
- Araba dairesel bir pistte hareket ettiği için, hareket yönü sürekli olarak değişmektedir.
- Ancak, aracın sürati (hızının büyüklüğü) sabit tutulmaktadır.
Bu bilgiler ışığında seçenekleri tek tek değerlendirelim:
- A) Aracın hızı sabittir. Hız vektörel bir büyüklüktür ve hem büyüklük hem de yön içerir. Aracın sürati sabit olsa da, dairesel pistte hareket ettiği için yönü sürekli değişir. Yön değiştiği için hız da sürekli değişir. Bu nedenle bu ifade yanlıştır.
- B) Aracın ivmesi sıfırdır. İvme, hızdaki değişim anlamına gelir. Aracın hızı (yönü değiştiği için) sürekli değiştiğinden, araç ivmeli hareket yapmaktadır. Dairesel harekette bu ivmeye merkezcil ivme denir ve merkeze doğrudur. Dolayısıyla ivme sıfır değildir. Bu ifade yanlıştır.
- C) Aracın sürati ve hızı aynıdır. Sürat skaler bir büyüklükken, hız vektörel bir büyüklüktür. Aynı olmaları için hem büyüklüklerinin hem de yönlerinin aynı olması gerekir. Dairesel harekette sürat sabit kalırken, hızın yönü sürekli değiştiği için sürat ve hız aynı değillerdir. Bu ifade yanlıştır.
- D) Aracın hızı değişirken sürati sabit kalabilir. Bu ifade doğrudur. Dairesel pistte sabit süratle hareket eden bir araçta, hızın büyüklüğü (sürat) sabittir. Ancak aracın hareket yönü sürekli değiştiği için hız vektörü de sürekli değişir. Yani, hızın yönü değiştiği için hız değişirken, hızın büyüklüğü (sürat) sabit kalabilir. Bu durum, dairesel hareketin temel özelliklerinden biridir.
- E) Aracın yer değiştirmesi her zaman sıfırdır. Yer değiştirme, başlangıç noktası ile bitiş noktası arasındaki en kısa vektörel mesafedir. Araç dairesel pistte hareket ederken, başlangıç noktasından farklı bir noktaya ulaştığında yer değiştirmesi sıfır olmaz. Sadece tam bir tur atıp başlangıç noktasına geri döndüğünde yer değiştirmesi sıfır olur. "Her zaman sıfırdır" ifadesi yanlıştır.
Yukarıdaki değerlendirmeler sonucunda, doğru ifadenin D seçeneğinde yer aldığını görüyoruz.
Cevap D seçeneğidir.
