Düz bir yolda sabit 20 m/s hızla giden bir otomobil için aşağıdaki ifadelerden hangisi doğrudur?
A) Üzerine hiç kuvvet etki etmemektedir
B) Sürtünme kuvveti motor kuvvetinden büyüktür
C) Motor kuvveti sürtünme kuvvetine eşittir
D) Net kuvvet sıfırdan farklıdır
Sevgili öğrenciler, bu soruyu çözmek için fiziğin temel prensiplerinden biri olan Newton'un Hareket Yasalarını hatırlamamız gerekiyor. Özellikle Newton'un Birinci Yasası ve İkinci Yasası bu tür durumları anlamak için çok önemlidir.
- Soruyu Anlayalım: Soruda bir otomobilin "düz bir yolda sabit 20 m/s hızla" gittiği belirtiliyor. Burada anahtar kelime "sabit hız"dır.
- Sabit Hız Ne Anlama Gelir?: Bir cisim sabit hızla hareket ediyorsa, bu onun hızının hem büyüklük hem de yön olarak değişmediği anlamına gelir. Hızda bir değişiklik olmaması, cismin ivmesinin (hızlanmasının) sıfır olduğu anlamına gelir ($a = 0$).
- Newton'un İkinci Yasası: Newton'un İkinci Yasası bize bir cisme etki eden net kuvvetin, cismin kütlesi ($m$) ile ivmesinin ($a$) çarpımına eşit olduğunu söyler: $F_{net} = m \cdot a$.
- İvme Sıfırsa Net Kuvvet Nedir?: Eğer otomobilin ivmesi sıfırsa ($a = 0$), o zaman Newton'un İkinci Yasası'na göre cisme etki eden net kuvvet de sıfır olmalıdır: $F_{net} = m \cdot 0 = 0$. Yani, sabit hızla hareket eden bir cisim üzerine etki eden net kuvvet sıfırdır.
- Kuvvetleri Değerlendirelim: Bir otomobil hareket ederken üzerine motorun ileri doğru itme kuvveti (motor kuvveti), hava direnci ve yol sürtünmesi gibi geri doğru etki eden sürtünme kuvvetleri, aşağı doğru yer çekimi kuvveti ve yukarı doğru zeminin tepki kuvveti (normal kuvvet) gibi birçok kuvvet etki eder. Ancak, "net kuvvetin sıfır olması" durumu, tüm bu kuvvetlerin vektörel toplamının sıfır olması demektir. Dikey yönde yer çekimi ve normal kuvvet birbirini dengeler. Yatay yönde ise motor kuvveti ve sürtünme kuvveti birbirini dengelemelidir.
- Seçenek A'yı İnceleyelim: Üzerine hiç kuvvet etki etmemektedir. Bu yanlıştır. Otomobilin üzerine yer çekimi, normal kuvvet, motor kuvveti ve sürtünme kuvveti gibi birçok kuvvet etki eder. Sadece bu kuvvetlerin net etkisi sıfırdır.
- Seçenek B'yi İnceleyelim: Sürtünme kuvveti motor kuvvetinden büyüktür. Eğer sürtünme kuvveti motor kuvvetinden büyük olsaydı, otomobil yavaşlardı (ivmesi negatif olurdu), sabit hızla gidemezdi.
- Seçenek C'yi İnceleyelim: Motor kuvveti sürtünme kuvvetine eşittir. Eğer motor kuvveti ile sürtünme kuvveti birbirine eşit ve zıt yöndeyse, yatay yöndeki net kuvvet sıfır olur. Dikey yöndeki kuvvetler de dengede olduğu için, otomobil üzerindeki toplam net kuvvet sıfır olur. Bu durum, otomobilin sabit hızla hareket etmesi için gereken koşuldur.
- Seçenek D'yi İnceleyelim: Net kuvvet sıfırdan farklıdır. Bu yanlıştır. Sabit hızla hareket eden bir cismin ivmesi sıfır olduğu için, üzerine etki eden net kuvvet de sıfır olmak zorundadır.
Bu analizlere göre, otomobilin sabit hızla hareket edebilmesi için motor kuvvetinin sürtünme kuvvetine eşit olması gerekmektedir.
Cevap C seçeneğidir.
