Soru:
Düşey düzlemdeki paralel levhalar arasında bulunan m kütleli, yüklü X cismi S anahtarı açık, P anahtarı kapalıyken şekildeki gibi dengededir. Üreteçler özdeş olduğuna göre:
I. S anahtarı açık iken P anahtarı da açılırsa cisim aşağıya düşer.
II. P anahtarı kapalı iken S anahtarı da kapatılırsa cisim yukarı doğru hareket eder.
III. S anahtarı kapatılıp P anahtarı açılırsa, cisim aynı konumunda dengede kalmaya devam eder.
Yargılarından hangileri söylenebilir?
Çözüm:
Elektriksel Alan Analizi
Levhalar arasında bir elektriksel alan oluşur. Bu alan, yüklü cisim üzerine bir kuvvet uygular. Üreteçlerin özdeş olması, levhalar arasındaki potansiyel farkların aynı olduğu anlamına gelir. X cisminin dengede olması, aşağıdaki üç etkenin birbirini dengelemesi gerektiğini gösterir:
- Cismi aşağı doğru çeken ağırlık kuvveti.
- Cismi yukarı doğru iten elektriksel kuvvet.
Yargıları İnceleyelim
I. S anahtarı açık iken P anahtarı da açılırsa cisim aşağıya düşer.
- P anahtarı açıldığında, alt levhada (negatif kutup) elektriksel alan artar ve cismin yukarı doğru hareket etmesi için daha büyük bir kuvvet oluşur. Ancak bu durumda, cisim dengeyi kaybederek aşağıya düşer.
Bu doğru bir yargıdır.
II. P anahtarı kapalı iken S anahtarı da kapatılırsa cisim yukarı doğru hareket eder.
- S anahtarı kapatıldığı zaman, üst levhada (pozitif kutup) elektriksel alan artar. Cisim yukarı doğru bir hareket yapar çünkü pozitif yük, elektriksel alanın etkisiyle yukarı çekilir.
Bu doğru bir yargıdır.
III. S anahtarı kapatılıp P anahtarı açılırsa cisim aynı konumunda dengede kalmaya devam eder.
- Bu ifade yanlıştır, çünkü levhalar arasındaki elektriksel alan dinamiği değişir. Elektriksel kuvvet ile ağırlık dengesi bozulur ve cisim hareket eder.
Bu yanlış bir yargıdır.
Doğru Seçenek: D) I ve II
@username
Düşey düzlemdeki paralel levhalar arasında bulunan yüklü X cismiyle ilgili hangi yargılar doğrudur?
Cevap:
Bu düzende başlangıçta (S açık, P kapalı) levhalar arasında kurulan elektrik alanın büyüklüğü cismin ağırlığıyla dengelendiği için cisim sabit konumda kalmaktadır. Anahtarların durumu değiştirilince elektrik alan şiddeti de değişir ve cismin hareketi buna göre şekillenir:
-
I. “S anahtarı açık iken P anahtarı da açılırsa cisim aşağıya düşer.”
- Başlangıçta P kapalı olduğu için üst plaka yeterince yüklenir ve elektrik alan (dolayısıyla yukarı yönlü elektriksel kuvvet) mg ile denge hâlindedir.
- P de açıldığında üst plakanın beslemesi kesileceğinden elektrik alan zayıflar veya kaybolur. Cismi yukarı çeken elektriksel kuvvet azaldığı için net kuvvet aşağı yönlü olur ve cisim düşer.
- Dolayısıyla I. yargı doğrudur.
-
II. “P anahtarı kapalı iken S anahtarı da kapatılırsa cisim yukarı doğru hareket eder.”
- Başlangıçta P kapalı, S açık durumdayken cisim dengededir.
- S de kapatılırsa devrenin direnç/kaynak durumu değişip levhalar arasındaki potansiyel farkı büyüyebilir ve elektrik alan kuvveti artar. Bu durumda cisme uygulanan yukarı yönlü elektriksel kuvvet, ağırlığı geçebilir ve cisim yukarı doğru ivmelenir.
- Dolayısıyla II. yargı doğrudur.
-
III. “S anahtarı kapatılıp P anahtarı açılırsa cisim aynı konumda dengede kalmaya devam eder.”
- Eğer P açılır ve yalnızca S kapalı konuma geçerse üst plakanın pozitif beslemesi kesilir; elektrik alan yine azalarak cismi yukarı çeken kuvveti azaltır. Dolayısıyla cisim dengeyi koruyamaz ve aşağı yönlü hareket etmesi beklenir.
- Dolayısıyla III. yargı yanlıştır.
Bu analiz sonucunda I ve II doğru, III yanlıştır.
Dolayısıyla doğru cevap D) I ve II şeklindedir.
Özet Tablo
| Yargı | Doğruluk Durumu | Gerekçe |
|---|---|---|
| I. S açıkken P de açılırsa cisim aşağı düşer. | Doğru | Elektrik alan kaybolur, yukarı çekme yok olur ve cisim düşer. |
| II. P kapalı iken S de kapatılırsa cisim yukarı gider. | Doğru | Artan elektrik alan kuvveti ağırlıktan büyük olabilir, cisim yukarı ivmelenir. |
| III. S kapatılıp P açılırsa cisim dengede kalır. | Yanlış | Üst plakanın pozitif beslemesi kesilir, elektrik kuvveti azalır ve cisim aşağı düşer. |
Kısa Özet:
Paralel levha düzeneğinde cismin yukarı çekici kuvveti elektrik alanın şiddetine bağlıdır. P açıldığında üst plaka beslemesi kesilir ve cisim düşer. S de kapatılırsa alan kuvveti artar ve cisim yükselir. Dolayısıyla I ve II doğrudur, III ise hatalıdır.