Kütlesi 500 g olan bir top, 10 m/s hızla düşey yukarı doğru atılıyor. Topun hareketi sırasında;
I. Yükselirken ağırlık kuvveti
II. İnerken ağırlık kuvveti
III. En tepe noktada ağırlık kuvveti
hangileri dengelenmemiş kuvvettir?
A) Yalnız I
B) Yalnız II
C) I ve II
D) I, II ve III
Merhaba sevgili öğrenciler!
Bu soruda, düşey yukarı atılan bir topun hareketi sırasında ağırlık kuvvetinin dengelenmiş mi yoksa dengelenmemiş mi olduğunu anlamamız isteniyor. Fizikte bir kuvvetin dengelenmiş olması, cisim üzerindeki net kuvvetin sıfır olması anlamına gelir. Eğer net kuvvet sıfırsa, cisim ya duruyordur ya da sabit hızla hareket ediyordur (yani ivmesi sıfırdır). Eğer net kuvvet sıfır değilse, kuvvet dengelenmemiş demektir ve cisim ivmeli hareket yapar (hızı değişir).
Şimdi topun hareketinin farklı aşamalarını inceleyelim:
- Genel Prensip: Top havada olduğu sürece (hava direncini ihmal ettiğimizde), üzerine etki eden tek kuvvet ağırlık kuvvetidir. Ağırlık kuvveti her zaman yerin merkezine doğru, yani aşağı yönlüdür ve büyüklüğü $F_g = m \cdot g$ kadardır. Bu kuvvet, topun hızının sürekli değişmesine neden olur. Hızdaki bu değişim, topun ivmeli hareket yaptığını gösterir. İvmeli hareket yapan bir cisim üzerinde ise net kuvvet sıfır değildir, yani dengelenmemiş bir kuvvet vardır.
- I. Yükselirken ağırlık kuvveti:
- Top yukarı doğru hareket ederken, hızı azalır. Hızının azalması demek, topun aşağı yönde bir ivmeye sahip olması demektir.
- Bu ivmeyi yaratan kuvvet, aşağı yönde etki eden ağırlık kuvvetidir.
- Top ivmeli hareket yaptığı için (hızı değiştiği için), üzerine etki eden net kuvvet sıfır değildir. Ağırlık kuvveti bu net kuvvettir.
- Dolayısıyla, yükselirken ağırlık kuvveti dengelenmemiş bir kuvvettir.
- II. İnerken ağırlık kuvveti:
- Top aşağı doğru hareket ederken, hızı artar. Hızının artması demek, topun aşağı yönde bir ivmeye sahip olması demektir.
- Bu ivmeyi yaratan kuvvet, yine aşağı yönde etki eden ağırlık kuvvetidir.
- Top ivmeli hareket yaptığı için (hızı değiştiği için), üzerine etki eden net kuvvet sıfır değildir. Ağırlık kuvveti bu net kuvvettir.
- Dolayısıyla, inerken ağırlık kuvveti de dengelenmemiş bir kuvvettir.
- III. En tepe noktada ağırlık kuvveti:
- Top en tepe noktaya ulaştığında, anlık olarak hızı $v = 0 \text{ m/s}$ olur. Ancak bu sadece bir anlıktır.
- Bu noktada bile topun üzerine etki eden ağırlık kuvveti hala aşağı yöndedir.
- Eğer bu noktada ağırlık kuvveti dengelenmiş olsaydı (yani net kuvvet sıfır olsaydı), topun ivmesi de sıfır olurdu ve top havada asılı kalırdı. Oysa top anında aşağı doğru düşmeye başlar. Bu da topun en tepe noktada bile aşağı yönde $g$ ivmesine sahip olduğunu gösterir.
- İvme olduğu için net kuvvet sıfır değildir. Ağırlık kuvveti bu net kuvvettir.
- Dolayısıyla, en tepe noktada ağırlık kuvveti de dengelenmemiş bir kuvvettir.
Sonuç olarak, topun hareketi boyunca (yükselirken, inerken ve en tepe noktada) üzerine etki eden ağırlık kuvveti, topun hızının sürekli değişmesine neden olduğu için her zaman dengelenmemiş bir kuvvettir.
Cevap D seçeneğidir.
