Bir öğrenci, elindeki çantayı sabit hızla yatay yolda taşımaktadır. Bu durumla ilgili aşağıdaki yorumlardan hangisi doğrudur?
A) Öğrenci çantaya yer çekimine karşı iş yapmaktadır.
B) Öğrenci çantaya uyguladığı kuvvet yönünde iş yapmaktadır.
C) Fiziksel anlamda iş yapılmamaktadır çünkü çantanın yüksekliği değişmemektedir.
D) Fiziksel anlamda iş yapılmamaktadır çünkü çantaya uygulanan kuvvet ile çantanın hareket yönü birbirine diktir.
Sevgili öğrenciler, bu soruyu çözmek için fiziksel anlamda iş kavramını çok iyi anlamamız gerekiyor. Gelin, adım adım bu durumu inceleyelim:
-
Fizikte İş Nedir?
Fizikte iş (enerji transferi), bir cisme uygulanan kuvvetin, cismi kendi doğrultusunda hareket ettirmesiyle gerçekleşir. Matematiksel olarak iş, kuvvet ($F$), yer değiştirme ($d$) ve kuvvet ile yer değiştirme arasındaki açının kosinüsü ($\cos(\theta)$) çarpımı olarak ifade edilir: $W = F \cdot d \cdot \cos(\theta)$.
-
İş Yapılması İçin Gerekli Şartlar:
- Cisme bir kuvvet uygulanmalıdır.
- Cisim, uygulanan kuvvetin etkisiyle yer değiştirmelidir.
- Uygulanan kuvvetin, yer değiştirme doğrultusunda bir bileşeni olmalıdır. Eğer kuvvet ile yer değiştirme birbirine dikse ($90^\circ$), bu durumda $\cos(90^\circ) = 0$ olacağından yapılan iş sıfır olur.
-
Senaryomuzu İnceleyelim:
Öğrenci, çantayı sabit hızla yatay yolda taşımaktadır.
- Öğrenci, çantayı düşmemesi için yukarı doğru bir kuvvet uygulamaktadır (bu kuvvet, yer çekimi kuvvetini dengeler).
- Çanta ise yatay yönde hareket etmektedir.
- Yani, öğrencinin çantaya uyguladığı kuvvet (yukarı doğru) ile çantanın hareket yönü (yatay) birbirine diktir.
-
Seçenekleri Değerlendirelim:
- A) Öğrenci çantaya yer çekimine karşı iş yapmaktadır.
Öğrenci çantayı yukarı doğru kaldırmadığı, sadece yatayda taşıdığı için yer çekimine karşı bir iş yapmamaktadır. Yer çekimine karşı iş yapılması için çantanın dikey olarak yukarı doğru hareket etmesi gerekirdi.
- B) Öğrenci çantaya uyguladığı kuvvet yönünde iş yapmaktadır.
Öğrencinin çantaya uyguladığı kuvvet yukarı doğrudur. Çanta ise yatay yönde hareket etmektedir. Kuvvet ile hareket yönü aynı olmadığı için bu ifade yanlıştır.
- C) Fiziksel anlamda iş yapılmamaktadır çünkü çantanın yüksekliği değişmemektedir.
Bu ifade, iş yapılmadığı sonucuna doğru ulaşsa da, temel sebep eksiktir. Yüksekliğin değişmemesi, dikey yönde yer değiştirme olmadığı anlamına gelir. Ancak işin yapılmamasının en temel fiziksel nedeni, kuvvet ile yer değiştirme arasındaki açıdır.
- D) Fiziksel anlamda iş yapılmamaktadır çünkü çantaya uygulanan kuvvet ile çantanın hareket yönü birbirine diktir.
Bu ifade, iş yapılmadığını doğru bir şekilde belirtmekle kalmıyor, aynı zamanda bunun en temel ve doğru fiziksel nedenini de açıklıyor. Öğrencinin çantayı yukarı doğru tutmak için uyguladığı kuvvet ile çantanın yataydaki yer değiştirmesi arasındaki açı $90^\circ$'dir. Bu durumda $\cos(90^\circ) = 0$ olduğu için yapılan iş de sıfırdır.
Bu nedenle, fiziksel anlamda iş yapılmamasının en doğru ve kapsamlı açıklaması D seçeneğinde verilmiştir.
Cevap D seçeneğidir.
