Sabit hızla düşey yukarı doğru fırlatılan bir roket için aşağıdakilerden hangisi doğrudur?
A) Motorların itme kuvveti yer çekiminden küçüktür
B) Motorların itme kuvveti yer çekimine eşittir
C) Motorların itme kuvveti yer çekiminden büyüktür
D) Net kuvvet yukarı yöndedir
Sevgili öğrenciler, bu soruyu çözmek için hareket ve kuvvet arasındaki ilişkiyi, yani Newton'un Hareket Yasaları'nı hatırlamamız gerekiyor. Özellikle sabit hız kavramı, sorunun anahtar noktasıdır.
- Soruda roketin "sabit hızla" düşey yukarı doğru fırlatıldığı belirtiliyor. Fizikte sabit hız demek, cismin hızının büyüklüğünün ve yönünün değişmediği anlamına gelir.
- Hızın sabit olması durumunda, cismin ivmesi (hızındaki değişim) sıfırdır. Yani $a = 0$.
- Newton'un İkinci Hareket Yasası'na göre, bir cisme etki eden net kuvvet, cismin kütlesi ($m$) ile ivmesinin ($a$) çarpımına eşittir: $F_{net} = ma$.
- Roketin ivmesi sıfır ($a = 0$) olduğuna göre, roket üzerine etki eden net kuvvet de sıfır olmalıdır. Yani $F_{net} = 0$.
- Roket üzerine etki eden başlıca kuvvetler şunlardır: Yukarı yönde motorların itme kuvveti ($F_T$) ve aşağı yönde yer çekimi kuvveti ($G$).
- Net kuvvetin sıfır olması demek, yukarı yöndeki kuvvetlerin toplamının, aşağı yöndeki kuvvetlerin toplamına eşit olması demektir. Başka bir deyişle, motorların itme kuvveti ile yer çekimi kuvveti birbirini dengelemelidir. Bu durumda, motorların itme kuvveti ($F_T$) yer çekimi kuvvetine ($G$) eşit olmalıdır: $F_T = G$.
- Şimdi seçenekleri bu bilgi ışığında değerlendirelim:
- A) Motorların itme kuvveti yer çekiminden küçüktür: Bu durumda net kuvvet aşağı yönde olur ve roket yavaşlardı.
- B) Motorların itme kuvveti yer çekimine eşittir: Bu durumda net kuvvet sıfır olur ve roket sabit hızla hareket ederdi. Bu, sorudaki durumla tamamen uyumludur.
- C) Motorların itme kuvveti yer çekiminden büyüktür: Bu durumda net kuvvet yukarı yönde olur ve roket hızlanırdı.
- D) Net kuvvet yukarı yöndedir: Bu da roketin hızlanması anlamına gelirdi.
Yukarıdaki analizden de anlaşıldığı gibi, roketin sabit hızla hareket edebilmesi için motorların itme kuvveti ile yer çekimi kuvvetinin birbirini dengelemesi, yani eşit olması gerekmektedir.
Cevap B seçeneğidir.
