Bir öğrenci sürtünmesiz yatay düzlemde durmakta olan bir cisme tek bir kuvvet uyguluyor. Bu durumla ilgili aşağıdaki ifadelerden hangisi doğrudur?
A) Cisim sabit hızla hareket eder
B) Cisim düzgün yavaşlar
C) Cisim harekete geçemez
D) Cisim ivmelenerek hareket eder
Sevgili öğrenciler, bu soruyu çözmek için fiziksel kuvvet ve hareket yasalarını, özellikle de Newton'ın hareket yasalarını hatırlamamız gerekiyor. Adım adım inceleyelim:
-
Başlangıç Durumu: Cisim sürtünmesiz yatay düzlemde durmaktadır. Bu, cismin başlangıç hızının sıfır olduğu ($v_0 = 0$) ve üzerinde herhangi bir net kuvvetin olmadığı anlamına gelir. Sürtünmesiz düzlem, hareketini engelleyecek bir kuvvetin olmadığını gösterir.
-
Kuvvet Uygulanması: Öğrenci cisme tek bir kuvvet uyguluyor. Bu kuvvet, cismin hareket etmesini sağlayacak dış bir etkidir.
-
Newton'ın İkinci Yasası: Newton'ın İkinci Yasası'na göre, bir cisme etki eden net kuvvet, cismin kütlesi ($m$) ile ivmesinin ($a$) çarpımına eşittir. Bu yasa matematiksel olarak $F_{net} = ma$ şeklinde ifade edilir.
-
Net Kuvvetin Değerlendirilmesi: Cisme bir kuvvet uygulanıyor. Düzlem sürtünmesiz olduğu için, bu uygulanan kuvvete karşı koyacak bir sürtünme kuvveti yoktur. Bu durumda, uygulanan kuvvet doğrudan cisim üzerindeki net kuvvet ($F_{net}$) olur. Yani, $F_{net} \neq 0$.
-
İvmenin Sonucu: Madem ki cisim üzerinde sıfırdan farklı bir net kuvvet ($F_{net} \neq 0$) var ve cismin kütlesi ($m$) de sıfırdan farklıdır, o zaman Newton'ın İkinci Yasası gereği cismin bir ivmeye ($a$) sahip olması gerekir. Yani, $a = F_{net} / m \neq 0$.
-
Hareketin Yorumlanması: Cisim başlangıçta duruyordu ($v_0 = 0$). Üzerine etki eden bir net kuvvet nedeniyle bir ivme kazanıyor. İvme, cismin hızının zamanla değişmesi demektir. Başlangıçta duran bir cisim ivmelenirse, hızı artmaya başlar ve hareket etmeye başlar.
-
Seçenek A) Cisim sabit hızla hareket eder: Sabit hız, ivmenin sıfır olduğu anlamına gelir ($a=0$). Ancak biz net kuvvet olduğu için ivmenin sıfır olmadığını bulduk. Bu nedenle A seçeneği yanlıştır.
-
Seçenek B) Cisim düzgün yavaşlar: Düzgün yavaşlama, cismin hızının azaldığı anlamına gelir. Cisim durduğu yerden bir kuvvetle hızlanmaya başlayacağı için bu ifade yanlıştır.
-
Seçenek C) Cisim harekete geçemez: Harekete geçememesi için net kuvvetin sıfır olması gerekirdi. Ancak bir kuvvet uygulandığı ve sürtünme olmadığı için net kuvvet sıfır değildir. Bu nedenle C seçeneği yanlıştır.
-
Seçenek D) Cisim ivmelenerek hareket eder: Cisim üzerinde sıfırdan farklı bir net kuvvet olduğu için, Newton'ın İkinci Yasası gereği cisim ivmelenir. Bu ivme, cismin hızının artmasına neden olur ve cisim harekete geçer. Bu ifade doğrudur.
Cevap D seçeneğidir.
