Bir paraşütçü, uçaktan atladıktan sonra belirli bir süre hızlanır, daha sonra sabit hızla yere iner.
Paraşütçünün sabit hızla inmeye başlamasının nedeni aşağıdakilerden hangisidir?
A) Paraşütçünün üzerine etki eden net kuvvetin sıfır olması
B) Yer çekimi kuvvetinin artması
C) Hava direnci kuvvetinin azalması
D) Paraşütçünün kütlesinin artması
Sevgili öğrenciler,
Bu soru, bir cismin hava ortamında hareket ederken karşılaştığı kuvvetleri ve bu kuvvetlerin hareket üzerindeki etkisini anlamamızı istiyor. Paraşütçünün hareketini iki aşamada inceleyelim:
- İlk Aşama: Hızlanma
- Uçaktan atladığında, paraşütçüye etki eden en baskın kuvvet yer çekimi kuvvetidir ($F_g = mg$). Bu kuvvet, paraşütçüyü aşağı doğru çeker ve hızlanmasına neden olur.
- Paraşütçü hızlandıkça, hava ile sürtünmeden kaynaklanan bir kuvvet olan hava direnci (veya hava sürtünmesi) kuvveti oluşmaya başlar. Bu kuvvet, hareket yönünün tersine, yani yukarı doğru etki eder.
- Başlangıçta hava direnci küçüktür, bu yüzden net kuvvet aşağı doğrudur ve paraşütçü hızlanmaya devam eder.
- İkinci Aşama: Sabit Hız (Terminal Hız)
- Paraşütçü hızlandıkça, hava direnci kuvveti de artar. Hava direnci, genellikle hızın karesiyle orantılı olarak artar ($F_{hava} \propto v^2$).
- Belli bir hıza ulaşıldığında, hava direnci kuvvetinin büyüklüğü, yer çekimi kuvvetinin büyüklüğüne eşit hale gelir.
- Bu durumda, paraşütçüye etki eden yukarı yönlü hava direnci kuvveti ile aşağı yönlü yer çekimi kuvveti birbirini dengeler.
- Kuvvetler dengelendiğinde, paraşütçüye etki eden net kuvvet sıfır olur ($F_{net} = F_g - F_{hava} = 0$).
- Newton'ın Birinci Hareket Yasası'na göre, bir cisme etki eden net kuvvet sıfır ise, cisim ya durur ya da sabit hızla hareketine devam eder. Paraşütçü zaten hareket halinde olduğu için, bu noktadan sonra sabit bir hızla (terminal hız) inmeye devam eder.
- Diğer seçenekleri inceleyelim:
- B) Yer çekimi kuvvetinin artması: Yer çekimi kuvveti, paraşütçünün kütlesi ve yer çekimi ivmesiyle ilgilidir. İniş sırasında bu kuvvetin artması, paraşütçünün daha da hızlanmasına neden olurdu, sabit hızla inmesine değil.
- C) Hava direnci kuvvetinin azalması: Hava direnci, hız arttıkça artar. Eğer azalsaydı, yer çekimi kuvvetini dengeleyemez ve paraşütçü hızlanmaya devam ederdi.
- D) Paraşütçünün kütlesinin artması: Paraşütçünün kütlesi iniş sırasında değişmez. Kütle artsaydı, yer çekimi kuvveti de artar ve paraşütçü daha yüksek bir terminal hıza ulaşırdı veya hızlanmaya devam ederdi.
Bu nedenle, paraşütçünün sabit hızla inmeye başlamasının temel nedeni, üzerine etki eden net kuvvetin sıfır olmasıdır.
Cevap A seçeneğidir.
