11. sınıf fizik 1. dönem 2. yazılı örnek sorular, cevapları ve çözümleri Test 1

🎓 11. sınıf fizik 1. dönem 2. yazılı örnek sorular, cevapları ve çözümleri Test 1 - Ders Notu

Bu ders notu, 11. sınıf fizik 1. dönem 2. yazılısında sıkça karşılaşılan kuvvet, hareket, iş, enerji ve momentum gibi temel akademik konuları sade ve anlaşılır bir dille özetlemektedir.

📌 Newton'un Hareket Yasaları

Cisimlerin hareketini ve kuvvetlerle ilişkisini açıklayan üç temel yasadır. Fizikteki birçok olayın temelini oluşturur.

• Eylemsizlik Yasası (1. Yasa): Bir cisme etki eden net kuvvet sıfır ise, cisim duruyorsa durmaya, hareket ediyorsa sabit hızla (ivmesiz) hareketine devam eder. Yani, cisim hızını veya yönünü kendiliğinden değiştirmez.
• Temel Yasa (2. Yasa): Bir cisme etki eden net kuvvet sıfırdan farklı ise, cisim net kuvvet yönünde ivmeli hareket yapar. Bu ivme, net kuvvetle doğru orantılı, cismin kütlesiyle ters orantılıdır. Formülü: $F_{net} = m \cdot a$. (Burada $F_{net}$ net kuvvet, $m$ kütle, $a$ ivmedir.)
• Etki-Tepki Yasası (3. Yasa): Bir cisim başka bir cisme bir kuvvet uyguladığında (etki), diğer cisim de ona eşit büyüklükte ve zıt yönde bir kuvvet uygular (tepki). Bu kuvvetler farklı cisimler üzerinde etki eder. Örneğin, duvara yumruk attığınızda, yumruğunuz da duvara uyguladığınız kuvvet kadar bir kuvvet hisseder.

💡 İpucu: Newton'un 2. Yasası'ndaki $F_{net}$ ifadesi, cisme etki eden tüm kuvvetlerin vektörel toplamıdır. Yalnızca tek bir kuvvet değil, tüm kuvvetlerin bileşkesidir.

📌 Sürtünme Kuvveti

İki yüzey birbirine temas ettiğinde ve birbirine göre hareket etmeye çalıştığında veya hareket ettiğinde ortaya çıkan, hareketi engelleyici veya zorlaştırıcı kuvvettir.

• Statik Sürtünme Kuvveti ($F_s$): Cisimler birbirine göre hareketsizken etki eden sürtünme kuvvetidir. Cisim hareket etmeye başlamadan önceki en büyük değerine kadar artar. Formülü: $F_s \le \mu_s N$. (Burada $\mu_s$ statik sürtünme katsayısı, $N$ yüzeyin cisme uyguladığı tepki kuvvetidir.)
• Kinetik Sürtünme Kuvveti ($F_k$): Cisimler birbirine göre hareket halindeyken etki eden sürtünme kuvvetidir. Genellikle statik sürtünme kuvvetinin maksimum değerinden daha küçüktür ve sabittir. Formülü: $F_k = \mu_k N$. (Burada $\mu_k$ kinetik sürtünme katsayısıdır.)

⚠️ Dikkat: Statik sürtünme katsayısı ($\mu_s$) genellikle kinetik sürtünme katsayısından ($\mu_k$) daha büyüktür. Bu yüzden bir cismi ilk hareket ettirmek, hareket ettikten sonra sürdürmekten daha zordur.

📌 İş, Güç ve Enerji

Fizikte bu kavramlar günlük dildeki anlamlarından farklı, daha kesin tanımlara sahiptir.

• İş (W): Bir kuvvete maruz kalan cismin, kuvvet doğrultusunda yer değiştirmesi durumunda yapılan eylemdir. Eğer kuvvet ve yer değiştirme aynı yöndeyse pozitif iş yapılır. Formülü: $W = F \cdot \Delta x \cdot \cos\theta$. (Burada $F$ kuvvet, $\Delta x$ yer değiştirme, $\theta$ kuvvet ile yer değiştirme arasındaki açıdır.) İşin birimi Joule (J)'dür.
• Güç (P): Birim zamanda yapılan iş miktarıdır. Ne kadar hızlı iş yapıldığını gösterir. Formülü: $P = \frac{W}{\Delta t}$. (Burada $W$ iş, $\Delta t$ zamandır.) Gücün birimi Watt (W)'tır.
• Kinetik Enerji ($E_k$): Cismin hareketinden dolayı sahip olduğu enerjidir. Cisim ne kadar hızlı veya ağırsa, kinetik enerjisi o kadar fazladır. Formülü: $E_k = \frac{1}{2}mv^2$. (Burada $m$ kütle, $v$ hızdır.)
• Potansiyel Enerji ($E_p$): Cismin konumu veya durumu nedeniyle depoladığı enerjidir. Yer çekimi potansiyel enerjisi, cismin yerden yüksekliğine bağlıdır. Formülü: $E_p = mgh$. (Burada $m$ kütle, $g$ yer çekimi ivmesi, $h$ yüksekliktir.)

💡 İpucu: Bir kuvvetin iş yapabilmesi için, cismin kuvvet doğrultusunda yer değiştirmesi gerekir. Örneğin, bir çantayı yatayda taşırken (yukarı doğru kaldırmadan), yer çekimi kuvveti iş yapmaz çünkü yer değiştirme yatay, kuvvet dikey yöndedir.

📌 Enerjinin Korunumu ve Mekanik Enerji

Enerji, evrende yoktan var edilemez, var olan enerji de yok edilemez; sadece bir türden başka bir türe dönüşebilir.

• Mekanik Enerji ($E_{mekanik}$): Bir cismin kinetik enerjisi ile potansiyel enerjisinin toplamıdır. Formülü: $E_{mekanik} = E_k + E_p$.
• Enerjinin Korunumu Prensibi: Sürtünme ve hava direnci gibi dışarıdan enerji kaybına neden olan kuvvetler yoksa, bir sistemin toplam mekanik enerjisi sabittir. Yani, $E_{mekanik, ilk} = E_{mekanik, son}$. Örneğin, bir topu yukarı attığınızda, en yüksek noktada kinetik enerjisi sıfırlanıp potansiyel enerjiye dönüşürken, yere düşerken potansiyel enerjisi kinetik enerjiye dönüşür.

⚠️ Dikkat: Sürtünme kuvveti veya hava direnci gibi korunumsuz kuvvetler iş yaptığında, mekanik enerji korunmaz. Bu durumda, kaybedilen mekanik enerji genellikle ısı enerjisine dönüşür.

📌 İtme ve Momentum

Bu kavramlar, cisimlerin hareket miktarını ve kuvvetin bir cisim üzerindeki etkisini zamanla ilişkilendirir.

• Momentum (p): Bir cismin kütlesi ile hızının çarpımıdır. Cisim ne kadar ağır ve hızlıysa, momentumu o kadar büyüktür. Momentum vektörel bir büyüklüktür ve yönü hızın yönüyle aynıdır. Formülü: $p = m \cdot v$. (Burada $m$ kütle, $v$ hızdır.) Birimi $kg \cdot m/s$'dir.
• İtme (I): Bir cisme etki eden net kuvvetin etki süresiyle çarpımıdır. İtme de vektörel bir büyüklüktür ve yönü net kuvvetin yönüyle aynıdır. Formülü: $I = F_{net} \cdot \Delta t$. (Burada $F_{net}$ net kuvvet, $\Delta t$ etki süresidir.) İtme, cismin momentumundaki değişime eşittir: $I = \Delta p = p_{son} - p_{ilk}$.

💡 İpucu: Bir cismin momentumunu değiştirmek için ona bir itme uygulanması gerekir. Futbolda topa vurmak, tenis raketinin topa çarpması gibi durumlar itme örnekleridir.

📌 Momentumun Korunumu ve Çarpışmalar

Dışarıdan bir kuvvet sistemi etkilemediği sürece, bir sistemin toplam momentumu değişmez.

• Momentumun Korunumu Prensibi: Bir sisteme dışarıdan etki eden net kuvvet sıfır ise, sistemin toplam momentumu korunur. Yani, çarpışmadan önceki toplam momentum, çarpışmadan sonraki toplam momentuma eşittir: $p_{ilk} = p_{son}$. Örneğin, bilardo toplarının çarpışması veya bir roketin fırlatılması momentumun korunumu ilkesine dayanır.
• Çarpışmalar: İki veya daha fazla cismin kısa süreli etkileşimidir.
  • Esnek Çarpışmalar: Hem momentumun hem de kinetik enerjinin korunduğu çarpışmalardır. Cisimler çarpıştıktan sonra genellikle ayrı ayrı hareket ederler.
  • Esnek Olmayan Çarpışmalar: Momentum korunur ancak kinetik enerji korunmaz (bir kısmı ısı, ses vb. enerjilere dönüşür). Cisimler çarpıştıktan sonra birlikte hareket edebilirler (tamamen esnek olmayan çarpışma).

⚠️ Dikkat: Momentumun korunumu ilkesi, dış kuvvetlerin olmadığı izole sistemler için geçerlidir. Sürtünme veya hava direnci gibi dış kuvvetler varsa, sistemin toplam momentumu korunmayabilir.