Bir cisim düşey doğrultuda yukarı atılıyor. Cisim yükselirken ve alçalırken hangi kuvvetler etkilidir? (Hava direnci ihmal edilmiyor)
A) Yükselirken ve alçalırken net kuvvet sıfırdır
B) Yükselirken net kuvvet aşağı, alçalırken net kuvvet yukarı yöndedir
C) Yükselirken net kuvvet yukarı, alçalırken net kuvvet aşağı yöndedir
D) Her iki durumda da net kuvvet aşağı yöndedir
Merhaba sevgili öğrenciler!
Bu soruda, düşey doğrultuda yukarı atılan bir cismin hem yükselirken hem de alçalırken üzerine etki eden kuvvetleri ve bu kuvvetlerin bileşkesi olan net kuvvetin yönünü anlamaya çalışacağız. Özellikle hava direncinin ihmal edilmediği durum, cevabı belirlemede çok önemli bir detaydır.
- Cisme Etki Eden Temel Kuvvetler:
- Yer Çekimi Kuvveti (Ağırlık): Her zaman cismin kütle merkezinden aşağıya doğru etki eder. Yönü sabittir ve cismin hareket yönünden bağımsızdır. Büyüklüğü $F_g = mg$ ile ifade edilir.
- Hava Direnci Kuvveti: Cismin hareket yönüne her zaman zıt yönde etki eder. Cismin hızı arttıkça hava direnci de artar. Büyüklüğü genellikle $F_d = kv$ veya $F_d = kv^2$ şeklinde ifade edilir (burada $k$ bir sabittir ve $v$ cismin hızıdır).
- Cisim Yükselirken (Yukarı Doğru Hareket Ederken):
- Cismin hızı yukarı yöndedir.
- Yer çekimi kuvveti ($F_g$) aşağı yöndedir.
- Hava direnci kuvveti ($F_d$), cismin hareket yönüne zıt olduğu için aşağı yöndedir.
- Bu durumda, cisme etki eden net kuvvet, hem yer çekimi kuvveti hem de hava direnci kuvveti aşağı yönde olduğu için, aşağı yöndedir. Net kuvvetin büyüklüğü $F_{net, yükselirken} = F_g + F_d$ olacaktır.
- Cisim Alçalırken (Aşağı Doğru Hareket Ederken):
- Cismin hızı aşağı yöndedir.
- Yer çekimi kuvveti ($F_g$) yine aşağı yöndedir.
- Hava direnci kuvveti ($F_d$), cismin hareket yönüne zıt olduğu için yukarı yöndedir.
- Bu durumda, yer çekimi kuvveti aşağı, hava direnci kuvveti ise yukarı yöndedir. Cisim aşağı doğru hızlandığı veya aşağı doğru hareket ettiği için, yer çekimi kuvveti hava direncinden daha büyük (veya en azından ona eşit) olmalıdır. Dolayısıyla, net kuvvetin yönü aşağı yöndedir. Net kuvvetin büyüklüğü $F_{net, alçalırken} = F_g - F_d$ olacaktır (eğer cisim terminal hıza ulaşmadıysa veya terminal hıza ulaşmışsa net kuvvet sıfır olur, ancak genel olarak düşme hareketi boyunca yer çekimi baskın olduğu için net kuvvetin yönü aşağı kabul edilir).
- Sonuç:
- Gördüğümüz gibi, cisim hem yükselirken hem de alçalırken üzerine etki eden net kuvvetin yönü aşağı doğrudur. Yükselirken her iki kuvvet de aşağı yönlüdür. Alçalırken ise yer çekimi aşağı, hava direnci yukarı yönlü olsa da, cismin aşağı doğru hareket etmesini sağlayan veya bu hareketi sürdüren net kuvvetin yönü aşağı doğrudur.
Bu açıklamalara göre seçenekleri değerlendirdiğimizde, doğru cevabın D seçeneği olduğunu görürüz.
Cevap D seçeneğidir.
