2 kg kütleli bir cisme 10 N'luk bir kuvvet uygulanıyor ve cisim 3 m/s² ivme ile hareket ediyor. Bu durumla ilgili aşağıdakilerden hangisi doğrudur?
A) Cisme etki eden net kuvvet 6 N'durSevgili öğrenciler, bu soruda bir cisme uygulanan kuvvet, cismin kütlesi ve kazandığı ivme bilgileri verilmiştir. Bizden bu durumla ilgili doğru ifadeyi bulmamız isteniyor. Fizikteki temel prensipleri kullanarak adım adım ilerleyelim.
Bir cismin ivmelenmesine neden olan kuvvet, net kuvvettir. Newton'ın İkinci Yasası'na göre, net kuvvet ($F_{net}$), cismin kütlesi ($m$) ile ivmesinin ($a$) çarpımına eşittir. Yani, $F_{net} = m \cdot a$.
Soruda verilen değerler:
Kütle ($m$) = 2 kg
İvme ($a$) = 3 m/s²
Bu değerleri formülde yerine koyarsak:
$F_{net} = 2 \text{ kg} \cdot 3 \text{ m/s}^2 = 6 \text{ N}$
Demek ki, cisme etki eden net kuvvet 6 N'dur.
Cisme 10 N'luk bir kuvvet uygulanmasına rağmen, cismin net kuvveti 6 N olarak bulunmuştur. Bu durum, uygulanan kuvvetin bir kısmının cismin hareketine karşı koyan bir kuvvete, yani sürtünme kuvvetine ($F_{sürtünme}$) harcandığını gösterir.
Net kuvvet, uygulanan kuvvet ile sürtünme kuvvetinin farkıdır (eğer sürtünme kuvveti harekete zıt yöndeyse):
$F_{net} = F_{uygulanan} - F_{sürtünme}$
Bulduğumuz net kuvveti ve uygulanan kuvveti formülde yerine koyalım:
$6 \text{ N} = 10 \text{ N} - F_{sürtünme}$
Şimdi $F_{sürtünme}$ değerini bulmak için denklemi çözelim:
$F_{sürtünme} = 10 \text{ N} - 6 \text{ N}$
$F_{sürtünme} = 4 \text{ N}$
Yani, cisme etki eden sürtünme kuvveti 4 N'dur.
Şimdi bulduğumuz sonuçları seçeneklerle karşılaştıralım:
A) Cisme etki eden net kuvvet 6 N'dur: İlk adımda hesapladığımız gibi, net kuvvet gerçekten 6 N'dur. Bu ifade doğrudur. Ancak, sorunun bizden en uygun veya spesifik doğru cevabı bulmamızı beklediği durumlarda diğer seçenekleri de kontrol etmek önemlidir.
B) Cisme etki eden sürtünme kuvveti 4 N'dur: İkinci adımda hesapladığımız gibi, sürtünme kuvveti 4 N'dur. Bu ifade de doğrudur ve hesaplamalarımızla birebir uyuşmaktadır.
C) Cisme etki eden kuvvetler dengelenmiştir: Kuvvetler dengelenmiş olsaydı, net kuvvet sıfır olurdu ve cisim ivmelenmezdi ($a=0$). Ancak cismin ivmesi 3 m/s² olduğu için bu ifade yanlıştır.
D) Cismin ivmesi sıfırdır: Soruda cismin ivmesinin 3 m/s² olduğu açıkça belirtilmiştir. Bu nedenle bu ifade yanlıştır.
Hem A hem de B seçenekleri doğru hesaplamalara dayanmaktadır. Ancak genellikle bu tür sorularda, uygulanan kuvvet ve ivme verildiğinde, sürtünme kuvvetinin hesaplanması beklenen bir adımdır ve B seçeneği bu hesaplamanın doğrudan sonucudur. Bu durumda B seçeneği, sorunun bizden beklediği ana çıkarımlardan biridir.
Cevap B seçeneğidir.
