Manyetik alan içerisinde bulunan, akım taşıyan bir tel çerçeveye etki eden torkun büyüklüğü aşağıdaki niceliklerden hangisine bağlı değildir?
A) Çerçevenin kesit alanı
B) Çerçeveden geçen akım şiddeti
C) Manyetik alanın şiddeti
D) Çerçevenin manyetik alan içindeki dönme hızı
E) Çerçevenin manyetik alana göre konumu
Merhaba sevgili öğrenciler!
Bu soruda, manyetik alan içerisinde bulunan, akım taşıyan bir tel çerçeveye etki eden torkun büyüklüğünü etkileyen faktörleri anlamamız isteniyor. Bu tür soruları çözerken, ilgili fiziksel formülü hatırlamak ve formüldeki her bir terimin ne anlama geldiğini bilmek çok önemlidir.
Manyetik alan içerisinde bulunan, akım taşıyan bir tel çerçeveye (bobine) etki eden torkun büyüklüğü ($\tau$) aşağıdaki formülle ifade edilir:
$\tau = NIAB \sin\theta$
Şimdi bu formüldeki her bir terimi inceleyelim:
- $N$: Çerçevenin (bobinin) sarım sayısıdır. Sarım sayısı arttıkça tork da artar.
- $I$: Çerçeveden geçen akım şiddetidir. Akım şiddeti arttıkça tork da artar.
- $A$: Çerçevenin kesit alanı (veya yüzey alanı) dır. Alan arttıkça tork da artar.
- $B$: Manyetik alanın şiddetidir. Manyetik alan şiddeti arttıkça tork da artar.
- $\theta$: Çerçevenin yüzey normali ile manyetik alan vektörü arasındaki açıdır. Torkun büyüklüğü $\sin\theta$ terimine bağlıdır. Bu açı, çerçevenin manyetik alan içindeki konumunu belirler. Örneğin, $\theta = 90^\circ$ iken $\sin\theta = 1$ olur ve tork maksimum değerini alır. $\theta = 0^\circ$ veya $\theta = 180^\circ$ iken $\sin\theta = 0$ olur ve tork sıfır olur.
Şimdi seçenekleri tek tek değerlendirelim:
- A) Çerçevenin kesit alanı ($A$): Formülde doğrudan yer alır. Kesit alanı arttıkça tork artar. Dolayısıyla torkun büyüklüğü buna bağlıdır.
- B) Çerçeveden geçen akım şiddeti ($I$): Formülde doğrudan yer alır. Akım şiddeti arttıkça tork artar. Dolayısıyla torkun büyüklüğü buna bağlıdır.
- C) Manyetik alanın şiddeti ($B$): Formülde doğrudan yer alır. Manyetik alan şiddeti arttıkça tork artar. Dolayısıyla torkun büyüklüğü buna bağlıdır.
- D) Çerçevenin manyetik alan içindeki dönme hızı: Tork, bir cismi döndürme eğilimi gösteren kuvvettir. Yani tork, dönme hareketinin *sebebidir*. Bir cismin dönme hızı ise torkun etkisiyle oluşan bir *sonuçtur* ve cismin eylemsizlik momenti gibi başka faktörlere de bağlıdır. Torkun büyüklüğü, çerçevenin o anki dönme hızına doğrudan bağlı değildir. Tork, çerçeveye etki eden kuvvetlerin dönme eksenine göre oluşturduğu etkidir, dönme hızı ise bu etkinin zamanla birikimidir.
- E) Çerçevenin manyetik alana göre konumu ($\theta$): Formüldeki $\sin\theta$ terimi, çerçevenin manyetik alana göre konumuna (açısına) bağlıdır. Konum değiştikçe $\sin\theta$ değeri değişir ve dolayısıyla torkun büyüklüğü de değişir. Dolayısıyla torkun büyüklüğü buna bağlıdır.
Bu durumda, çerçevenin manyetik alan içindeki dönme hızı, torkun büyüklüğünü belirleyen bir faktör değildir. Tork, dönme hızını değiştiren etkendir.
Cevap D seçeneğidir.
