Serbest düşme nedir 10. sınıf fizik Test 2

Hava direncinin önemsiz olduğu bir ortamda serbest düşme hareketi yapan bir cismin hız-zaman grafiği aşağıdakilerden hangisi gibi olur?

A) Orijinden başlayan parabol
B) Orijinden geçen doğru
C) Yatay eksene paralel doğru
D) Düşey eksene paralel doğru

Serbest düşme hareketi, fiziğin temel konularından biridir ve hava direncinin önemsiz olduğu bir ortamda cisimlerin nasıl hareket ettiğini anlamak için önemlidir. Bu soruyu adım adım, açıklayıcı bir şekilde inceleyelim:

• 1. Serbest Düşme Hareketinin Tanımı:

  Serbest düşme, bir cismin sadece yer çekimi kuvvetinin etkisi altında hareket etmesidir. Soruda belirtildiği gibi, hava direnci gibi diğer kuvvetlerin etkisi ihmal edilir. Bu durum, cismin sabit bir ivme ile hareket edeceği anlamına gelir.

• 2. Yer Çekimi İvmesi ($g$):

  Dünya üzerinde serbest düşen tüm cisimler, kütlelerinden bağımsız olarak aynı ivme ile hızlanır. Bu ivmeye yer çekimi ivmesi denir ve $g$ sembolü ile gösterilir. $g$'nin değeri yaklaşık olarak $9.8 \text{ m/s}^2$ (genellikle hesaplamalarda $10 \text{ m/s}^2$ alınır) ve en önemlisi, bu değer sabittir. Yani, cismin ivmesi hareket boyunca değişmez.

• 3. Hızın Zamanla Değişimi:

  Cisim serbest düşmeye bırakıldığında, yani ilk hızı $v_0 = 0$ olduğunda, hızı her saniye $g$ kadar artar. Sabit ivmeli hareketin hız-zaman denklemi $v = v_0 + at$ şeklindedir. Serbest düşme için ilk hız $v_0 = 0$ ve ivme $a = g$ olduğundan, denklem $v = gt$ halini alır. Bu denklem, hızın ($v$) zamanla ($t$) doğru orantılı olarak arttığını gösterir.

• 4. Hız-Zaman Grafiğinin Yorumlanması:

  Şimdi $v = gt$ denklemini bir grafik üzerinde düşünelim. Bu denklem, matematikteki $y = mx$ şeklindeki bir doğru denklemine benzer. Burada $y$ ekseni hızı ($v$), $x$ ekseni zamanı ($t$) temsil eder. $m$ ise doğrunun eğimidir ve bizim durumumuzda $g$ (yer çekimi ivmesi) değerine karşılık gelir. $g$ sabit ve pozitif bir değer olduğu için, hız-zaman grafiği pozitif eğimli bir doğru olacaktır. Ayrıca, cisim serbest düşmeye bırakıldığı için ilk hızı sıfırdır ($v_0 = 0$). Bu da grafiğin orijinden (koordinat sisteminin başlangıç noktası olan $(0,0)$ noktasından) başlaması gerektiği anlamına gelir.

• 5. Seçeneklerin Değerlendirilmesi:

  Yukarıdaki analizimize göre, hız-zaman grafiği orijinden başlayan ve pozitif eğimli bir doğru olmalıdır. Şimdi seçenekleri inceleyelim:

  • A) Orijinden başlayan parabol: Bu, serbest düşme hareketinde konum-zaman grafiği için geçerli olurdu ($h = \frac{1}{2}gt^2$). Hız-zaman grafiği için doğru değildir.
  • B) Orijinden geçen doğru: Bu seçenek, bizim bulduğumuz $v = gt$ ilişkisine tamamen uyar. Hız, zamanla doğru orantılı olarak artar ve başlangıçta sıfırdır. Bu, aradığımız grafiktir.
  • C) Yatay eksene paralel doğru: Bu, hızın sabit olduğu (ivmenin sıfır olduğu) bir durumu gösterir ki serbest düşmede hız yer çekimi ivmesi nedeniyle sürekli artar.
  • D) Düşey eksene paralel doğru: Bu, aynı anda farklı hız değerlerine sahip olmak anlamına gelir ki fiziksel olarak mümkün değildir. Bir cismin aynı anda birden fazla hızı olamaz.

Bu adımları takip ettiğimizde, hava direncinin önemsiz olduğu bir ortamda serbest düşme hareketi yapan bir cismin hızının zamanla doğrusal olarak arttığını ve ilk hız sıfır olduğu için grafiğin orijinden başlaması gerektiğini açıkça görürüz.

Cevap B seçeneğidir.