Aşağıdaki durumların hangisinde cisim hem sabit süratle hareket etmekte hem de dengelenmiş kuvvetlerin etkisindedir?
A) Havaya atılan topun yükselme anı
B) Viraja giren arabanın içindeki yolcu
C) Düz yolda sabit hızla giden bisiklet
D) Kalkış yapan uçağın pistteki hareketi
Sevgili öğrenciler, bu soruyu doğru bir şekilde çözebilmek için öncelikle iki temel fizik kavramını anlamamız gerekiyor: sabit süratle hareket ve dengelenmiş kuvvetlerin etkisi.
- Sabit süratle hareket: Bir cismin sürati (hızının büyüklüğü) zamanla değişmiyorsa, yani ne hızlanıyor ne de yavaşlıyorsa sabit süratle hareket ediyor demektir.
- Dengelenmiş kuvvetlerin etkisi: Bir cisme etki eden tüm kuvvetlerin bileşkesi (net kuvvet) sıfır ise, cisim dengelenmiş kuvvetlerin etkisindedir. Newton'ın Birinci Yasası'na göre, eğer bir cisme etki eden net kuvvet sıfırsa, cisim ya durmaya devam eder ya da sabit hızla hareket eder. Sabit hız, hem sabit sürat hem de sabit yön anlamına gelir. Bu durumda cismin ivmesi sıfırdır.
Şimdi seçenekleri tek tek inceleyelim ve her birinin yukarıdaki koşulları sağlayıp sağlamadığını değerlendirelim:
- A) Havaya atılan topun yükselme anı: Top yükselirken yer çekimi kuvveti nedeniyle yavaşlar, yani sürati azalır. Dolayısıyla sabit süratle hareket etmez. Yer çekimi kuvveti (ve hava direnci) topa etki ettiğinden net kuvvet sıfır değildir, yani kuvvetler dengelenmemiştir.
- B) Viraja giren arabanın içindeki yolcu: Araba viraja girdiğinde hareket yönü değişir. Yön değişimi, hızın değiştiği anlamına gelir (çünkü hız vektörel bir büyüklüktür). Hız değişiyorsa, bir ivme vardır. İvme varsa, Newton'ın İkinci Yasası'na göre cisme etki eden net bir kuvvet (merkezcil kuvvet) vardır. Bu durumda kuvvetler dengelenmemiştir. Sürat sabit olsa bile hız sabit değildir.
- C) Düz yolda sabit hızla giden bisiklet: "Sabit hızla gitmek" ifadesi, hem süratin sabit olduğu hem de hareket yönünün değişmediği anlamına gelir. Dolayısıyla cisim sabit süratle hareket etmektedir. Hız sabitse (yani ivme yoksa), Newton'ın Birinci Yasası'na göre cisme etki eden net kuvvet sıfırdır. Bu durumda kuvvetler dengelenmiştir. Bu seçenek, sorudaki her iki koşulu da sağlamaktadır.
- D) Kalkış yapan uçağın pistteki hareketi: Uçak kalkış yaparken hızlanır, yani sürati artar. Dolayısıyla sabit süratle hareket etmez. Hızlandığına göre bir ivmesi vardır. İvmesi varsa, net kuvvet sıfır değildir (motorların itme kuvveti sürtünme ve hava direncinden büyüktür). Bu durumda kuvvetler dengelenmemiştir.
Yukarıdaki analizler sonucunda, hem sabit süratle hareket eden hem de dengelenmiş kuvvetlerin etkisinde olan durumun C seçeneğinde belirtildiği gibi "Düz yolda sabit hızla giden bisiklet" olduğu açıktır.
Cevap C seçeneğidir.
