Bir oyuncak araba, durgun haldeki bir oyuncak kamyona çarpıp kenetleniyor. Bu olayla ilgili aşağıdaki ifadelerden hangisi yanlıştır?
A) Çarpışma sırasında ısı açığa çıkarSevgili öğrenciler, bu soru çarpışmalar ve enerji-momentum korunumu ile ilgili temel kavramları anlamamızı gerektiriyor. Bir oyuncak araba ile kamyonun çarpışıp kenetlenmesi, fizikte "esnek olmayan çarpışma" olarak adlandırılan bir olayın güzel bir örneğidir. Şimdi her bir seçeneği adım adım inceleyelim:
Bu ifade doğrudur. Gerçek dünyadaki hiçbir çarpışma tamamen esnek değildir. Özellikle cisimlerin birbirine kenetlendiği veya deforme olduğu esnek olmayan çarpışmalarda, çarpışma anında kinetik enerjinin bir kısmı ses, ısı ve cisimlerin deformasyonu için harcanan enerjiye dönüşür. Bu enerji dönüşümü, ısı açığa çıkmasına neden olur.
Bu ifade doğrudur. Dışarıdan bir kuvvet etki etmediği sürece (yerdeki sürtünme gibi dış kuvvetleri ihmal ettiğimizde), bir sistemin toplam momentumu çarpışmadan önce ve sonra her zaman korunur. Momentum, cismin kütlesi ile hızının çarpımıdır ($p = m \cdot v$). Esnek olsun ya da olmasın, tüm çarpışmalarda toplam momentum korunur. Başlangıçta arabanın momentumu $m_{araba} \cdot v_{araba}$ ve kamyonun momentumu $0$'dır. Çarpışma sonrası ise $(m_{araba} + m_{kamyon}) \cdot V_{ortak}$ olur ve bu iki durumdaki toplam momentum birbirine eşittir.
Bu ifade doğrudur. Momentumun korunumu ilkesini kullanarak bunu gösterebiliriz. Arabanın kütlesi $m_1$, ilk hızı $v_1$ olsun. Kamyonun kütlesi $m_2$ ve ilk hızı $0$ olsun. Çarpışma sonrası kenetlendiklerinde ortak kütleleri $m_1 + m_2$ ve ortak hızları $V$ olsun.
Momentum korunumu: $m_1 v_1 + m_2 \cdot 0 = (m_1 + m_2) V$
$m_1 v_1 = (m_1 + m_2) V$
Buradan ortak hız $V = \frac{m_1}{m_1 + m_2} v_1$ olarak bulunur. Kamyonun kütlesi ($m_2$) sıfırdan büyük olduğu için, $\frac{m_1}{m_1 + m_2}$ oranı her zaman 1'den küçüktür. Dolayısıyla, çarpışma sonrası ortak hız $V$, arabanın ilk hızı $v_1$'den daha küçük olacaktır.
Bu ifade yanlıştır. Toplam kinetik enerjinin korunduğu çarpışmalara "esnek çarpışma" denir. Ancak, cisimlerin birbirine kenetlendiği veya kalıcı deformasyona uğradığı çarpışmalar "esnek olmayan çarpışma" olarak adlandırılır. Esnek olmayan çarpışmalarda, kinetik enerjinin bir kısmı ısı, ses ve deformasyon enerjisine dönüşür. Bu nedenle, çarpışma sonrası sistemin toplam kinetik enerjisi, çarpışma öncesi toplam kinetik enerjiden daha azdır. Yani, kinetik enerji korunmaz.
Bu analizlere göre, yanlış olan ifade D seçeneğidir.
Cevap D seçeneğidir.