İOKBS Fen Bilimleri Konuları 5-6-7-8. Sınıf: Deney Yorumlama Kılavuzu Test 1

Katı basıncının yüzey alanına bağlılığını araştıran bir araştırmacı, özdeş küplerle aşağıdaki düzenekleri kuruyor. Düzenek 1: Tek bir küp kum zemin üzerinde. Düzenek 2: İki küp üst üste konularak kum zemin üzerinde. Düzenek 3: İki küp yan yana getirilerek kum zemin üzerinde. Hangi iki düzenek karşılaştırılırsa 'Basınç, yüzey alanı ile ters orantılıdır' hipotezi test edilebilir?

A) Düzenek 1 ve Düzenek 2
B) Düzenek 2 ve Düzenek 3
C) Düzenek 1 ve Düzenek 3
D) Hepsi kullanılabilir

Katı basıncının yüzey alanına bağlılığını araştırmak için bilimsel bir deney tasarlarken, sadece araştırmak istediğimiz değişkeni değiştirmeli, diğer tüm değişkenleri sabit tutmalıyız. Bu ilkeye "kontrollü deney" denir.

• Hipotezimiz: "Basınç, yüzey alanı ile ters orantılıdır." Bu hipotezi test etmek için, zemine uygulanan toplam kuvveti (ağırlığı) sabit tutarken, temas yüzey alanını değiştirmeli ve basıncın nasıl değiştiğini gözlemlemeliyiz. Basınç formülü $P = F/A$'dır, burada $P$ basınç, $F$ kuvvet (ağırlık) ve $A$ yüzey alanıdır.
• Düzenekleri İnceleyelim:
  • Düzenek 1: Tek bir küp.
    • Uygulanan kuvvet (ağırlık): Bir küpün ağırlığına $G$ diyelim. Yani $F_1 = G$.
    • Yüzey alanı: Bir küpün taban alanına $A$ diyelim. Yani $A_1 = A$.
    • Basınç: $P_1 = G/A$.
  • Düzenek 2: İki küp üst üste.
    • Uygulanan kuvvet (ağırlık): İki küpün toplam ağırlığı $F_2 = 2G$.
    • Yüzey alanı: Zemine temas eden alt küpün taban alanı $A_2 = A$.
    • Basınç: $P_2 = 2G/A$.
  • Düzenek 3: İki küp yan yana.
    • Uygulanan kuvvet (ağırlık): İki küpün toplam ağırlığı $F_3 = 2G$.
    • Yüzey alanı: Zemine temas eden iki küpün toplam taban alanı $A_3 = 2A$.
    • Basınç: $P_3 = 2G/(2A) = G/A$.
• Hangi Düzenekleri Karşılaştırmalıyız?

  Hipotezimizi test etmek için, uygulanan kuvvetin (ağırlığın) aynı olduğu ancak temas yüzey alanının farklı olduğu iki düzenek seçmeliyiz.

  • A) Düzenek 1 ve Düzenek 2:
    • Kuvvet: $F_1 = G$, $F_2 = 2G$. (Kuvvetler farklı)
    • Yüzey alanı: $A_1 = A$, $A_2 = A$. (Yüzey alanları aynı)
    • Bu karşılaştırma, yüzey alanı sabitken kuvvetin basınca etkisini araştırır. Hipotezimizle uyuşmuyor.
  • B) Düzenek 2 ve Düzenek 3:
    • Kuvvet: $F_2 = 2G$, $F_3 = 2G$. (Kuvvetler aynı!)
    • Yüzey alanı: $A_2 = A$, $A_3 = 2A$. (Yüzey alanları farklı!)
    • Bu karşılaştırma, kuvvet sabitken yüzey alanının basınca etkisini doğrudan test etmemizi sağlar. Eğer $A_2$ ($A$) yüzey alanına sahip Düzenek 2'deki basınç, $A_3$ ($2A$) yüzey alanına sahip Düzenek 3'teki basınca göre daha büyükse (kumda daha derin iz bırakıyorsa), hipotezimiz doğrulanmış olur.
  • C) Düzenek 1 ve Düzenek 3:
    • Kuvvet: $F_1 = G$, $F_3 = 2G$. (Kuvvetler farklı)
    • Yüzey alanı: $A_1 = A$, $A_3 = 2A$. (Yüzey alanları farklı)
    • Hem kuvvet hem de yüzey alanı değiştiği için, bu karşılaştırma yüzey alanının tek başına basınca etkisini net bir şekilde göstermez.

Bu analizlere göre, "Basınç, yüzey alanı ile ters orantılıdır" hipotezini test etmek için Düzenek 2 ve Düzenek 3'ü karşılaştırmalıyız çünkü bu iki düzeneğin zemine uyguladığı toplam kuvvet aynıyken, temas yüzey alanları farklıdır.

Cevap B seçeneğidir.