Bir cisim üzerine etki eden kuvvetlerin serbest cisim diyagramı çizildiğinde, tüm kuvvet vektörlerinin toplamı sıfır çıkıyorsa, bu cisim için aşağıdakilerden hangisi kesinlikle söylenebilir?
A) Cisim mutlaka durmaktadırSevgili öğrenciler, bu soruyu çözmek için fiziğin temel yasalarından biri olan Newton'ın İkinci Hareket Yasası'nı hatırlamamız gerekiyor.
Newton'ın İkinci Hareket Yasası: Bir cisim üzerine etki eden net kuvvet, cismin kütlesi ile ivmesinin çarpımına eşittir. Matematiksel olarak bu yasa, $\Sigma \vec{F} = m \vec{a}$ şeklinde ifade edilir. Burada $\Sigma \vec{F}$ cisme etki eden tüm kuvvetlerin vektörel toplamı (net kuvvet), $m$ cismin kütlesi ve $\vec{a}$ ise cismin ivmesidir.
Soru bize, cisim üzerine etki eden tüm kuvvet vektörlerinin toplamının sıfır olduğunu söylüyor. Yani, $\Sigma \vec{F} = 0$ durumu söz konusudur.
Bu bilgiyi Newton'ın İkinci Hareket Yasası'nda yerine koyarsak: $0 = m \vec{a}$ denklemini elde ederiz.
Bir cismin kütlesi ($m$) asla sıfır olamayacağına göre (eğer sıfır olsaydı cisim diye bir şey olmazdı), bu denklemin sağlanabilmesi için cismin ivmesinin ($\vec{a}$) kesinlikle sıfır olması gerekir. Yani, $\vec{a} = 0$ olmalıdır.
Şimdi seçenekleri tek tek inceleyelim:
A) Cisim mutlaka durmaktadır: İvmenin sıfır olması, cismin ya durduğu ya da sabit hızla (düzgün doğrusal hareket) hareket ettiği anlamına gelir. Dolayısıyla, cismin mutlaka durduğunu söyleyemeyiz; sabit hızla hareket ediyor da olabilir. Bu yüzden A seçeneği kesinlikle doğru değildir.
B) Cismin ivmesi sıfırdır: Yukarıdaki açıklamadan da anlaşıldığı gibi, net kuvvet sıfır ise cismin ivmesi kesinlikle sıfırdır. Bu, Newton'ın İkinci Yasası'nın doğrudan bir sonucudur ve hem duran cisimleri hem de sabit hızla hareket eden cisimleri kapsar. Bu seçenek kesinlikle doğrudur.
C) Cisim düzgün doğrusal hareket yapmaktadır: Düzgün doğrusal hareket, cismin sabit hızla hareket etmesi demektir, bu da ivmenin sıfır olduğu anlamına gelir. Ancak, ivmenin sıfır olması durumu sadece düzgün doğrusal hareketi değil, aynı zamanda cismin duruyor olma durumunu da kapsar. Soru "kesinlikle söylenebilir" dediği için, sadece düzgün doğrusal hareket yapıyor demek eksik kalır; duruyor da olabilir. B seçeneği, bu iki durumu da kapsayan daha genel ve kesin bir ifadedir.
D) Cisim üzerine hiç kuvvet etki etmemektedir: Net kuvvetin sıfır olması, cisme hiç kuvvet etki etmediği anlamına gelmez. Aksine, cisme birden fazla kuvvet etki ediyor olabilir, ancak bu kuvvetler birbirini dengeleyerek toplamda sıfır net kuvvet oluşturuyorlardır. Örneğin, masadaki bir kitaba yer çekimi kuvveti aşağı doğru, masa ise normal kuvvetle yukarı doğru etki eder. Bu iki kuvvet birbirini dengelediği için net kuvvet sıfırdır, ancak cisme kuvvetler etki etmektedir. Bu yüzden D seçeneği yanlıştır.
Bu analizler sonucunda, cisim üzerine etki eden kuvvetlerin toplamı sıfır ise, cismin ivmesinin kesinlikle sıfır olduğu sonucuna varırız.
Cevap B seçeneğidir.
