10. sınıf fizik enerji Test 3

Aynı yükseklikten bırakılan farklı kütleli iki cisimden hangisi yere daha hızlı çarpar (hava direnci önemsiz)?

A) Daha büyük kütleli olan
B) Daha küçük kütleli olan
C) İkisi de aynı hızla çarpar
D) Hızları kütleleri ile orantılıdır

Merhaba sevgili öğrencilerim! Bu soruyu adım adım inceleyerek doğru cevabı bulalım. Fizikteki temel prensipleri kullanarak bu problemi kolayca çözebiliriz.

• Adım 1: Temel Kavramlar
• Öncelikle, serbest düşme hareketini hatırlayalım. Serbest düşme, bir cismin sadece yerçekimi etkisi altında hareket etmesidir. Hava direncinin olmadığı ideal bir ortamda, tüm cisimler aynı ivmeyle (yerçekimi ivmesi, $g$) hızlanırlar.
• Adım 2: Yerçekimi İvmesi
• Yerçekimi ivmesi ($g$), Dünya üzerindeki tüm cisimler için yaklaşık olarak aynıdır ($9.8 m/s^2$). Bu, bir cismin kütlesinden bağımsız olarak, her saniye hızının yaklaşık 9.8 metre/saniye arttığı anlamına gelir.
• Adım 3: Hava Direncinin Önemi
• Soruda özellikle "hava direnci önemsiz" denilmiş. Hava direnci olsaydı, işler değişirdi. Hava direnci, cismin yüzey alanına ve hızına bağlı olarak değişir ve daha büyük yüzey alanına sahip veya daha hızlı hareket eden cisimler daha fazla hava direnciyle karşılaşır. Ancak bu soruda hava direnci olmadığı için bu faktörü dikkate almamıza gerek yok.
• Adım 4: Kütlenin Etkisi
• Newton'ın ikinci yasasını hatırlayalım: $F = ma$ (Kuvvet = kütle x ivme). Yerçekimi kuvveti ($F_g = mg$) cismi aşağı doğru çeker. Bu kuvvet, cismin kütlesiyle doğru orantılıdır. Ancak, ivme (a) değeri, kütleden bağımsızdır çünkü $a = \frac{F_g}{m} = \frac{mg}{m} = g$ olur. Yani, ivme sadece yerçekimi ivmesine eşittir.
• Adım 5: Sonuç
• İki cisim de aynı yükseklikten bırakıldığına ve aynı ivmeyle (g) hızlandıklarına göre, yere aynı anda ve aynı hızla ulaşacaklardır. Kütlelerinin farklı olması sonucu değiştirmez (hava direnci olmadığı sürece).

Cevap C seçeneğidir.