Enerji ve kuvvet

YKS TYT
1

17346401465829219982069925152777
17346401465829219982069925152777720×540 22.9 KB

2

Enerji ve Kuvvet: Sorunun Çözümü

Öncelikle soruyu tekrar ifade edelim:

Görsel 1.6.60’daki yatay yolun, KM bölümü sürtünmesizdir. MR bölümünde ise cisme 4F şiddetinde sürtünme kuvveti etki etmektedir. K noktasından 2F şiddetindeki kuvvetle harekete başlayan cisim, hangi noktada durur? (Bölemeler eşit aralıktadır.)

Sorunun Analizi

Bu soruya başlamadan önce, temel fizik kavramlarını anlamamız gerekiyor:

  1. Newton’un İkinci Yasası: Bu yasa, bir cismin üzerine etki eden net kuvvetin cismi nasıl hızlandıracağını veya yavaşlatacağını tanımlar.
    [ F_{\text{net}} = m \cdot a ]

  2. Enerji: Bir cismin kinetik enerjisi, onun hızına ve kütlesine bağlıdır ve sürtünme kuvveti enerjiyi ısı şeklinde kaybettirerek hızı azaltabilir.

Verilenler:

  • K noktasından itibaren cisme etki eden kuvvet F_1 = 2F.
  • MR bölgesinde, sürtünme kuvveti F_{\text{friction}} = 4F.
  • KM bölgesi sürtünmesizdir.

Çözüm Yolu:

  1. KM Bölümü:

    • KM bölgesi sürtünmesiz olduğundan, cisim bu bölgede sabit bir ivme kazanır.
    • Cismin bu bölgedeki ivmesi, kuvvetin kütleye oranıyla bulunabilir; ancak kesin sonucu değil, hareketi anlamak bize yeterli olacak çünkü detaylı kütle bilgisi verilmedi.
    • Cismin hızı MR noktasına kadar sürekli artacaktır.

  2. MR Bölümü:

    • MR bölgesinde cisme etki eden net kuvvet:
      F_{\text{net}} = F_1 - F_{\text{friction}} = 2F - 4F = -2F
    • Bu bölgede kuvvet negatif olduğu için cisim yavaşlamaya başlar.
    • Sürtünmeden dolayı kinetik enerjinin bir kısmı kaybolur.

Sonuç:

  • KM bölgesinde cisim hızlanır; MR bölgesinde ise sürtünme nedeniyle yavaşlamaya başlar.
  • Başlangıçta 2F kuvvetiyle ivmelenen cisim, 4F sürtünme kuvvetine karşı koyamaz ve sonunda durur.
  • Net kuvvetin -2F olduğu düşünülürse, bu yavaşlama, negatif ivmeyle K noktasından uzakta bir noktada durmasına neden olur.

Dengelendiği ve durduğu yer, toplam enerjinin ve hareketin başlangıç hızıyla kompanze edilerek sürtünme etkisiyle dengelendiği nokta olacaktır. Dolayısıyla, cisim net ivmelenmeyle belirli bir mesafeyi gittikten sonra M ile R arasında bir noktada (yüksek ihtimal P noktasında) duracaktır. Bu, net enerji ve kuvvet hesaplarıyla da kanıtlanabilir.

Cismin duracağı yerdeki ivme ve hız, sürtünme kuvveti tarafından tamamen durdurulana kadar küçülmeye devam edecektir. Eşit mesafeler olduğu için gözcül olarak bu noktayı değerlendirmek yerinde olur.

Önemli Notlar:

  • Cisim, MR bölgesinde sürekli bir negatif ivmeye (yavaşlama) maruz kaldığı için belirli bir süre sonra duracaktır.
  • Tüm bölümler eşit aralıktadır, dolayısıyla cisim sürtünmeye dayalı olarak R’ye ulaşmadan önce duracaktır.

Bu çözümle, enerji dönüşümünü ve kuvvetlerin etkisini kavrayarak, doğru noktanın nerede olacağını tespit etmeye çalıştık. Enerji ve kuvvet kavramlarını derinlemesine anlamak, fiziğin temel ilkelerine daha iyi hakim olmanıza yardımcı olacaktır.