Eren, yaptığı bir deneyde yere sabitlenmiş yatay bir masa üzerine fizik ve kimya kitaplarını şekildeki gibi koyup fizik kitabına yatay vec{F} kuvveti uygulayınca kitaplar ayrılmadan birlikte harekete başlıyor.
Fizik kitabının kimya kitabına uyguladığı sürtünme kuvveti vec{F}_K , kimya kitabının fizik kitabına uyguladığı sürtünme kuvveti vec{F}_F , kimya kitabının masaya uyguladığı sürtünme kuvveti vec{F}_M olduğuna göre bu kuvvetlerin yönü aşağıdakilerin hangisinde bir arada doğru olarak verilmiştir?
\begin{array}{cccc} & \vec{F}_K & \vec{F}_F & \vec{F}_M \ A) & 1 & 2 & 1 \ B) & 1 & 2 & 2 \ C) & 1 & 1 & 2 \ D) & 2 & 1 & 2 \ E) & 2 & 1 & 1 \end{array}
Sürtünme Kuvveti ve Etki-Tepki Prensibi Analizi
KULLANILAN FORMÜL / KURAL: İki cisim arasındaki bağıl hareketi veya hareket eğilimini engelleyen sürtünme kuvveti daima temas yüzeyine paraleldir. Newton’un Üçüncü Hareket Yasası (Etki-Tepki Prensibi) uyarınca, etkileşim halindeki iki cismin birbirine uyguladığı sürtünme kuvvetleri eşit büyüklükte ve zıt yönlüdür:
\vec{F}_{\text{etki}} = -\vec{F}_{\text{tepki}}
ÇÖZÜM ADIMLARI
Adım 1 — Fizik Kitabının Kimya Kitabına Uyguladığı Kuvvet (\vec{F}_K)
Düzeneğe fizik kitabı üzerinden 1 yönünde (sağa) yatay \vec{F} kuvveti uygulandığında sistem birlikte 1 yönünde ivmelenmektedir. Kimya kitabına dışarıdan doğrudan bir çekme kuvveti uygulanmadığı halde 1 yönünde ivmelenmesini sağlayan tek yatay etki, fizik kitabının alt yüzeyinden kimya kitabına uygulanan sürtünme kuvvetidir. Bu nedenle kimya kitabına etki eden sürtünme kuvvetinin yönü hareket yönündedir:
\vec{F}_K \rightarrow 1\text{ yönünde}
Adım 2 — Kimya Kitabının Fizik Kitabına Uyguladığı Kuvvet (\vec{F}_F)
Etki-tepki yasası gereğince, kimya kitabının fizik kitabına uyguladığı sürtünme kuvveti \vec{F}_F, fizik kitabının kimya kitabına uyguladığı \vec{F}_K sürtünme kuvvetine zıt yönlü olmalıdır (\vec{F}_F = -\vec{F}_K). Fizik kitabı kimyaya göre sağa kayma eğiliminde olduğundan kimya kitabı fiziği geriye doğru çeker:
\vec{F}_F \rightarrow 2\text{ yönünde}
Adım 3 — Kimya Kitabının Masaya Uyguladığı Kuvvet (\vec{F}_M)
Kimya kitabı masa üzerinde 1 yönünde (sağa) hareket etmektedir. Masa, kimya kitabına bağıl hareketi engelleyecek yönde, yani 2 yönünde (sola) bir sürtünme kuvveti uygular. Etki-tepki çifti gereği, kimya kitabının masaya uyguladığı sürtünme kuvveti \vec{F}_M ise bunun tersi yönünde, yani 1 yönünde (sağa) olur:
\vec{F}_M \rightarrow 1\text{ yönünde}
CEVAP: A) 1, 2, 1 (\vec{F}_K = 1, \; \vec{F}_F = 2, \; \vec{F}_M = 1)
SINAV NOTU / PÜF NOKTASI: Sürtünme kuvveti sorularında en yaygın hata “sürtünme her zaman harekete zıttır” genellemesidir. Alttaki cismi ivmelendiren kuvvet üsttekinin ona uyguladığı sürtünmedir ve hareketle aynı yöndedir. Ayrıca soruda kuvvetin hangi cisme uygulandığına (masanın kitaba mı, kitabın masaya mı) etki-tepki açısından mutlaka dikkat edilmelidir.