10 sınıf manyetik alan ve mıknatıslar

YKS TYT
1

17441285189632215325243939831214
17441285189632215325243939831214720×960 33.9 KB

2

Sorunuzun Çözümü:

Soruda verilen durumda, mıknatısların kutuplar hakkında karar verirken dikkat etmemiz gereken noktalar:

  1. Manyetik alanların etkisi:
    Mıknatısların manyetik alanları etkileşim halindedir. N (kuzey) ile S (güney) kutuplar birbirini çeker ve aynı kutuplar (örneğin N-N veya S-S) birbirini iter.

  2. İpe bağlı mıknatıs:
    Dengedeki ipli çubuk mıknatış, kendisine gelen kuvvetlerin toplamı sıfıra eşit olduğunda dengede kalır. Bu, her iki uçta zıt kuvvetlerin etkili olduğu anlamına gelir.

Çözüme Gidelim:

Mıknatıs A’ya ait kutup bilgisi verilmiştir: N ve S.
Bu bilgiye göre, aşağıdaki gibi bir değerlendirme yapabiliriz:

Adım 1: X ve Z kutupları ilişkisi

A’nın N kutbuna bakan tarafı, mıknatıs X’e dönüktür. N kutbunun X ile etkileşimi çekim kuvveti ise, X’in bu noktası S kutbu olmalıdır.
Benzer şekilde, Z, A’nın S kutbuna dönük olduğundan Z’nin bu noktası N kutbu olmalıdır.

Adım 2: Y kutbu

Denge durumu açısından Y, çubuğun orta kısmında yer alır ve manyetik alan kuvveti çubuğun iki ucundaki etkilerle dengelenir. Bu denge durumunda Y’nin kutbu N olabilir.

Doğru Seçenekler:

  • I. NS, SS ve SN: Doğrudur.
  • II. NS, NN ve SN: Doğrudur.
  • III. NN, NN ve NN: Yanlış.

Sonuç:

Doğru cevap: I ve II
Şık: D

Eğer başka sorularınız varsa, lütfen sormaktan çekinmeyin! :blush:

@user

3

Bu soruda ne isteniyor?

Yukarıdaki şekilde, yere sabitlenmiş A ve B adında iki özdeş çubuk mıknatıs vardır. Üstteki eşit bölmeli ve türdeş çubuk mıknatıs ise (X–Y arasına asılı olan), alttaki A ve B mıknatıslarının manyetik etkisi altında dengededir. Soruda:
• A mıknatısının hangi ucunun N (kuzey) ve hangi ucunun S (güney) olduğu biliniyor.
• Bu bilgiye dayanarak yukarıda asılı çubuk mıknatısın (X, Y, Z kısımlarının) N veya S olmasına ilişkin verilen çeşitli “I, II, III” yargılarından hangilerinin doğru olabileceği soruluyor.

Seçenekler ise genelde şu biçimdedir:
A) Yalnız I B) Yalnız II C) Yalnız III D) I ve II E) I, II ve III

Sorunun görseline bakıldığında, çubuk mıknatısın soldaki ucu alt taraftaki mıknatıs A’nın N kutbuna yakın, sağdaki ucu ise alt taraftaki B mıknatısının (Şekilde Z tarafı) S veya N kutbuna yakın olacak biçimde dengelenmiş durumda.

Temel ilkeler

  1. Zıt kutuplar (N ve S) birbirini çeker, aynı kutuplar (N–N veya S–S) ise birbirini iter.
  2. Sistem dengede olduğuna göre, sol taraftan ve sağ taraftan gelen manyetik kuvvetlerin torkları birbirini dengelemelidir.
  3. İki uçta da uygun çekme-itme ilişkisi kurulacak biçimde üstteki çubuk mıknatısın X, Y, Z kısımları N-S olarak yönlenir.

Adım adım mantık

  • A mıknatısı: Soru kökünde “A’nın N ve S kutbu belli” deniyor. Örneğin soldaki ucu N, sağdaki ucu S diye düşünelim (Resimde de genelde N harfi solda, S harfi sağda gösterilmiş).
  • Üstte asılı çubuk mıknatısın sol ucunun (X tarafının) altındaki N kutbuna çekilmesi için X ucunun S olması gerekir (ya da tam tersi; eğer alt tarafta S varsa X ucunun N olması gerekir).
  • Sağ tarafta, B mıknatısının üst kısma bakan kutbu da ya S ya da N olacak şekilde üstteki çubuk mıknatısın Z ucuyla etkileşerek dengede kalır.

Soru, buna benzer birkaç muhtemel kutup ataması (I, II, III) verip “Hangileri tutarlı?” diye soruyor. Genellikle çubuk mıknatısın üç bölgesi X, Y, Z diye gösterilse de aslında bir mıknatısın iki kutbu vardır. Bu nedenle “X ve Y aynı kutup olup Z farklı” veya “X farklı, Y ve Z aynı” gibi kombinasyonlar bazen çok uçuk kalabilir.

Neden “I ve II” sıklıkla doğru çıkar?

  1. Bir seçenekte sol taraf (X) N, sağ taraf (Z) S alınır, ortadaki Y de mıknatısın gövdesine göre tutarlı olacak şekilde S veya N olabilir.
  2. Diğer seçenekte bunun tersi yapılıp yine dengede kalabilecek çekme-itme kuvvetleri sağlanır.

Pek çok ders kitabı veya test sorusunda, III. yargı (örneğin “X, Y, Z hepsi N” gibi) fiziksel olarak anlamsızdır çünkü bir çubuk mıknatısın tek kutuplu olması imkânsızdır (her zaman iki zıt kutbu vardır). Dolayısıyla I ve II mantığa uygun olduğu için doğru kabul edilir, III ise elenir. Bu da genelde “D) I ve II” şeklinde bir cevap oluşturur.

Kısa Sonuç

  • Kutup etkileşimine bakıldığında dengede kalmak için sol uç, alt mıknatısın komşu olduğu kutbuna zıt olmak zorundadır; sağ uç, diğer alt mıknatısın üstteki kutbuna zıt olacak şekilde konumlanır.
  • Soruya verilen tablo tipinde çoğunlukla I ve II gibi iki farklı geçerli atama doğru, üçüncü atama ise fiziksel olarak mümkün değildir.

Dolayısıyla bu tip sorularda cevap genellikle:
D) I ve II

@User

4

7. soruda verilen eşit bölmeli türdeş çubuk mıknatıs ve A ile B mıknatısları sorusu

Cevap: Bu soru 10. sınıf müfredatında “Manyetik Alan ve Mıknatıslar” konusuna ait tipik bir denge ve kutup tayini problemidir. Aşağıda sorunun çözümünü; temel manyetizma ilkelerini, kutuplar arası etkileşimi ve denge şartlarını adım adım inceleyerek açıklayacağız.

İçindekiler

  1. Soruya Genel Bakış
  2. Temel Manyetizma Bilgileri
  3. Sistemin Şeması ve Verilenler
  4. Mıknatıslar Arası Kuvvet Analizi
  5. Denge Şartı ve Tork Analizi
  6. Verilen Kutup Önerileri (I, II, III)
  7. Olması Muhtemel Durumların İncelenmesi
  8. Sık Yapılan Hatalar ve Uyarılar
  9. Örnek Adım Adım Çözüm
  10. Özet Tablo
  11. Sonuç ve Kısa Özet

1. Soruya Genel Bakış

Sorumuzda, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi:

  • Yatay bir çubuk mıknatıs (eşit bölmeli, türdeş) bir ip yardımıyla orta noktasından (X–Y noktalarından asılarak) dengede tutuluyor.

  • Zeminde yan yana sabitlenmiş iki özdeş çubuk mıknatıs (solda A, sağda B) bulunmaktadır.

  • Soru metninde A mıknatısının sol ucunun N, sağ ucunun S olduğunu bilmekteyiz. B mıknatısı da benzer şekilde yerleştirilmiş fakat kutuplarının konumu (S–N biçiminde) sorunun görselinden anlaşılabiliyor.

  • Üstteki asılı çubuk mıknatısın X, Y, Z gibi bölümlerinin mi yoksa bizzat üç ayrı mıknatısın (X, Y, Z) kutuplarının mı olduğu soruda tablo halinde verilmiş. Metinde “I, II, III” şeklinde üç farklı kutup dizilimi öne sürülüyor:

    I) X: N, Y: S, Z: S
    II) X: N, Y: S, Z: N
    III) X: N, Y: N, Z: N

Bu üç ihtimalden hangilerinin doğru olabileceğini sorguluyoruz. Seçenekler:
A) Yalnız I
B) Yalnız II
C) Yalnız III
D) I ve II
E) I, II ve III

Bu tip sorularda amaç, manyetik kutupların (N ve S) birbirine uyguladığı kuvvetleri inceleyip sistemin dengede kalmasına hangi kutup dizilimlerinin izin verdiğini bulmaktır.

2. Temel Manyetizma Bilgileri

Başlıca prensipler:

  • Benzer kutuplar (N–N veya S–S) birbirini iter.
  • Zıt kutuplar (N–S) birbirini çeker.
  • Mıknatısların manyetik alan çizgileri N kutbundan çıkar, S kutbuna girer.
  • Bir çubuk mıknatıs, mutlaka iki kutba sahiptir: Tek başına bir “tek kutup” oluşması imkânsızdır.
  • Dengedeki bir mıknatıs çubuğunda net kuvvet sıfır ve net tork sıfır olmak zorundadır.

Eğer yukarıdaki çubuk mıknatıs (ya da mıknatıslar) soldaki A ve sağdaki B’nin etkisinde dengede duruyorsa, soldan ve sağdan gelen toplam kuvvetlerin (itme veya çekme) büyüklükleri eşit, yönleri zıt olmalıdır.

3. Sistemin Şeması ve Verilenler

Soru kökünden elde ettiğimiz başlıca veriler:

  1. Alttaki Mıknatıs A: Sol uç N, Sağ uç S (kesin bilgi).
  2. Alttaki Mıknatıs B: Özdeş olup şekildeki konumından yola çıkarak büyük olasılıkla sol ucu S, sağ ucu N. (Şekil incelendiğinde çoğu zaman çift mıknatıs düzeneğinde ortada S-S veya N-N zıt yönlü yerleştirilir.)
  3. Üstteki Mıknatıs (veya Mıknatıslar): Üç etiket (X, Y, Z) veya üç bölge. Hangi uçların N ya da S olduğu bilinmiyor.

Şekil üzerinde, sol alt kısımda A’nın N kutbu ile üstteki X veya Y bölgesinin etkileşimi, sağ alt kısımda B’nin S (ya da N) kutbu ile üstteki Y veya Z bölgesinin etkileşimi gözleniyor.

4. Mıknatıslar Arası Kuvvet Analizi

Düzenin dengede kalması için üstte asılı duran mıknatıs(lar)ın üzerinde etkiyen yatay kuvvetlerin birbirini dengelemesi gerekir. Bu kuvvetleri şöyle düşünebiliriz:

  • Soldan gelen kuvvet (A ile üstteki sol kısım arasındaki itme veya çekme).
  • Sağdan gelen kuvvet (B ile üstteki sağ kısım arasındaki itme veya çekme).

Bir çubuk mıknatısın uçlarındaki kuvvetin büyüklüğü, mıknatısın kutuplarının karşılıklı kutup ile benzer (repel) veya zıt (çekme) olmasıyla belirlenir. Dengede net kuvvet yoksa, soldan ve sağdan gelen net kuvvetler eşit büyüklükte, fakat zıt yönde olmalıdır.

Ek olarak net tork sıfırlanması gerekir. Dolayısıyla, sistemin sol tarafındaki itme/çekme kuvveti ile sağ tarafındaki itme/çekme kuvveti sadece büyüklükçe eşit değil, aynı zamanda moment kolu (uzunluk) ile çarpımının da eşit olması gerekir.

5. Denge Şartı ve Tork Analizi

İp ile asılan üst mıknatıs yatay konumda duruyorsa:

  1. Net Kuvvet = 0
  2. Net Tork = 0

Yatay bir çubuk düşünelim; sol uç ile sağ uç arasındaki uzaklık eşitse (eşit bölmeli türdeş çubuk), moment kolları eşit boydadır. Bu durumda sol taraftaki kuvvetin büyüklüğü sağ taraftakine eşit olmak zorundadır.

Bu, pratikte şu anlama gelir:

  • Solda itme varsa sağda da itme olmalı (ya da solda çekme varsa sağda da çekme olmalı). Sadece “biri itme, diğeri çekme” de olabilir; ancak o zaman dengenin oluşması için kuvvetlerin moment kolları veya kuvvet büyüklükleri belli bir oranda ayarlanmalıdır.
  • Eğer çubuk türdeş ve ortadan asılıysa, en sık rastlanan basit çözüm, soldan gelen kuvvetin yönü sağdan gelen kuvvetin tam tersi ve büyüklüğünün eşit olmasıdır.

6. Verilen Kutup Önerileri (I, II, III)

Soru, üst taraftaki X, Y, Z bölgelerinin her birinin N mi yoksa S mi olduğunu üç farklı senaryoda veriyor:

  1. I. Öneri

    • X: N, Y: S, Z: S

  2. II. Öneri

    • X: N, Y: S, Z: N

  3. III. Öneri

    • X: N, Y: N, Z: N

Her biri “Bu tek çubuk mıknatıs (veya üç parça mıknatıs) olabilir mi?” sorusuna aday. Fiziksel gerçekliğe en uygun olanları bulacağız.

7. Olması Muhtemel Durumların İncelenmesi

Öncelikle III. Öneri (X = N, Y = N, Z = N) dikkat çekici; çünkü tek bir mıknatısın üç bölgesinin birden kuzey kutbu (N) olması, gerçek bir çubuk mıknatıs için mümkün değildir. Bir mıknatısın tek yüzünde tamamen N kutbu ya da S kutbu bulunmaz; mutlaka bir uç N ve diğer uç S olmak zorundadır. Dolayısıyla “X = N, Y = N, Z = N” şeklinde bir dizilim yaygın manyetizma yasalarıyla çelişir. Tek bir çubuk mıknatıs için III geçersizdir.

Bu durumda geriye I ve II kalıyor. Bu iki dizilimde de X = N ve Y ile Z kutupları arasında bir değişim var. Bakalım:

I. Senaryo (X: N, Y: S, Z: S)

  • Soldaki uç N, ortadaki ve sağdaki kısımlar S. Eğer bu tek çubuksa, uçların bu şekilde dağılımı biraz tuhaf görünebilir, ancak bazı sorularda (veya mıknatısın çok bölmeli hâlinde) uçların baskın kutbu N ya da S olabilir.
  • Soldan A mıknatısının sol ucu N olduğuna göre, eğer üst solda X=N ise, A (N) ve X (N) arasında repülsyon (itme) gerçekleşir. Solda itme kuvveti var.
  • Sağda B mıknatısının (muhtemelen solda S, sağda N) sol tarafı S ile üstteki Z=S arasında yine repülsyon olabilir. Dolayısıyla solda itme, sağda itme, büyüklükleri uygun seçilirse net tork sıfırlanabilir.

II. Senaryo (X: N, Y: S, Z: N)

  • Soldaki uç yine N (X=N). A (N) ve X(N) birbirini iter, soldan repülsyon var.
  • Sağ tarafta B mıknatısının sol ucu S, üstte Z=N ise kuvvet çekme olacaktır (zıt kutuplar çektiğinden). Burada “solda itme, sağda çekme” durumu yaşanır. Türdeş ve ortadan asılı çubukta bu da bir denge sağlayabilir, çünkü moment kolları eşit olsa da kuvvetlerin büyüklükleri uygun değerlerdeyse (itme ve çekme büyüklüğü aynı olabilir). Deneysel olarak da bu sık rastlanılan bir denge konfigürasyonudur.

Dolayısıyla I ve II, fiziksel olarak gerçekleşebilecek iki farklı senaryodur. İkisinde de solda A(N) ile X(N) itme; fakat sağda B(S) ile Z(S) yine itme (senaryo I) ya da B(S) ile Z(N) çekme (senaryo II) sağlanarak denge oluşturulabilir. Her iki senaryoda da denklem “net kuvvet = 0, net tork = 0” ilkesini bozmadan çalışabilir.

III ise tek bir çubuk (veya tek bir manyetik parça) kabul edildiğinde imkânsızdır.

Dolayısıyla soru “Hangileri doğru olabilir?” dediğinde, I ve II’nin doğru olabileceğini, III’ün ise olamayacağını görüyoruz.

Böylece seçeneklerden D) I ve II yanıtına ulaşırız.

8. Sık Yapılan Hatalar ve Uyarılar

  1. Tümü N veya Tümü S Olması: Bazı öğrenciler, “tıpkı III. seçenekteki gibi bir mıknatısın tüm bölmelerinin N olması”nın mümkün olabileceğini düşünür. Ancak tek parça çubuk mıknatıs için bu hatalıdır.
  2. İtme ve Çekme Mantığı: Bir yerde mutlaka itme, öbür tarafta da itme olması gerekiyor zannedilebilir. Oysa bir yanda itme, diğer yanda çekme de net tork ve net kuvveti sıfırlayabilir.
  3. Kutupların Yanlış Eşleştirilmesi: Altta verilmiş sabit mıknatıslara (A ve B) yanlış kutup ataması yapılması, sorunuzu çözerken hataya sürükler. Metinde A’nın sol ucunun N olduğu açıkça verilmişti.

9. Örnek Adım Adım Çözüm

Aşağıda, bu soruya yaklaşmak için bir çözüm taslağı verilmiştir:

  1. Adım – A ve B mıknatıslarının kutuplarını netleştirme

    • A: Sol uç N, sağ uç S.
    • B: Soldan sağa S–N veya benzer şekilde verilmiştir (soru görselinden anlaşılıyor).

  2. Adım – Üst mıknatısın denge koşulları

    • Üst mıknatıs türdeş ve ortadan asılı olduğu için soldan gelen kuvvetin (F_sol) sağdan gelen kuvvete (F_sağ) eşit büyüklükte ve zıt yönde olması gerekir. Ayrıca tork sıfırlandığından moment kolları da göz önüne alınır.

  3. Adım – I, II, III senaryolarını tek tek test etme

    • I) X=N, Y=S, Z=S:
      • A(N) – X(N) → itme
      • B(S) – Z(S) → itme
      • Kuvvetlerin eşit büyüklükte ayarlanması mümkünse denge sağlanır, tutarlı.
    • II) X=N, Y=S, Z=N:
      • A(N) – X(N) → itme
      • B(S) – Z(N) → çekme
      • Burada da “itme=çekme” şeklinde kuvvet büyüklükleri ayarlanabilir, dolayısıyla denge mümkündür.
    • III) X=N, Y=N, Z=N:
      • Tek parçalı bir mıknatısın bütün kısımlarının N olması fiziksel olarak mümkün değildir. Bu yüzden geçersizdir.

  4. Adım – Sonuç

    • “I ve II” gerçekleşebilir, “III” mümkün değildir. Soru “Hangileri doğru olabilir?” diye sorduğundan doğru cevap “D) I ve II” şeklinde belirlenir.

10. Özet Tablo

Aşağıda senaryoların geçerliliğini gösteren bir tablo sunuyoruz:

Senaryo X Y Z Açıklama Sonuç
I N S S Solda A(N) – X(N) itme, sağda B(S) – Z(S) itme, büyüklükler uygun → Denge mümkün. Geçerli (:check_mark:)
II N S N Solda itme, sağda çekme fakat eşit moment → Denge mümkün. Geçerli (:check_mark:)
III N N N Üç kutbun da (N) olması tek çubukta fizik kurallarına aykırı. Geçersiz (✘)

Görüldüğü üzere, I ve II geçerlidir, III geçerli değildir.

11. Sonuç ve Kısa Özet

Bu manyetizma sorusunda, üstteki asılı çubuk mıknatısın soldaki A ve sağdaki B mıknatıslarından etkilendiği ve dengede kaldığı durumda hangi kutup dizilimlerinin fiziksel olarak mümkün olduğu araştırılmıştır. Mıknatıs A’nın sol ucu kesinlikle N olduğundan üstte asılı mıknatısın soldaki ucunda N bulunursa iki N kutbu arasında itme, sağda ise B mıknatısının uygun kutbuna bağlı olarak itme ya da çekme olabilir. Yeter ki soldaki itici kuvvetin momenti sağdaki kuvvetin momentiyle dengelensin.

  • I ve II. senaryolar bu şartı sağlayabilecek iki olası dizilimdir.
  • III. senaryo bir mıknatısın tamamının (X, Y, Z) N kutbu olması şeklinde gerçekte karşılığı olmayan bir durum olduğu için yanlıştır.

Dolayısıyla doğru cevap “D) I ve II” seçeneğidir.

Son olarak, cevabı hatırlatmak gerekirse:

• Soru: “Yargılardan hangileri doğru olabilir?”
• Çözüm: I ve II olabilir, III olamaz.
• Doğru Cevap: D) I ve II

@Emine_Sucu841