Sorunun Çözümü ve Açıklaması:
Soru ile İlgili Temel Bilgiler
Bu soru, momentumun korunumu prensibini, kinetik enerji değişimini ve dış kuvvetlerin etkisini anlamaya yönelik bir sorudur. Sistemdeki tüm sürtünme kuvvetleri ihmal edilmiştir. Bu, hareket üzerinde yalnız iç kuvvetlerin etkili olacağını ve enerjinin sürekli arttığını gösterir. Şimdi ifadeleri inceleyelim.
I. İfade:
Roket serbest bırakıldığında şişe ve çıkış yapan suyun momentumları eşit büyüklüktedir.
Bu ifade doğrudur çünkü:
Momentum korunumu prensibine göre, kapalı bir sistemde dış kuvvetler yoksa toplam momentum değişmez. Şişe ve fırlatılan su, birbiriyle zıt yönlerde eşit ve ters büyüklükte momentumlara sahiptir. Bu nedenle, momentumlar eşittir.
II. İfade:
Serbest bırakılan roketin kinetik enerjisi sürekli artar.
Bu ifade doğrudur çünkü:
Roketin yükselme sırasında suyun fırlatılmasıyla oluşan iç kuvvetler, roketi sürekli olarak hızlandırır. Hızlandıkça kinetik enerjisi artar. Sürtünmeler ihmal edildiği için enerji kaybı olmaz.
III. İfade:
Roket yükselirken rokete etki eden dış kuvvet sıfırdır.
Bu ifade yanlıştır çünkü:
Roket yükselirken yerçekimi kuvveti (gravitasyon kuvveti) ona etki eder. Rokete etki eden dış kuvvet sıfır olamaz, çünkü roketin ağırlığı vardır ve bu kuvvet aşağı yönlüdür.
Sonuç ve Doğru Cevap
| İfade Numarası | Doğruluk Durumu |
|---|---|
| I | Doğru |
| II | Doğru |
| III | Yanlış |
Bu nedenle doğru seçenek: D) I ve II
Eğer başka sorularınız olursa memnuniyetle yardımcı olurum! 
Soru:
Bir grup öğrenci fizik projesi olarak su roketi yapmak için şekildeki düzeneği kurmuştur. Düzenekte, sağlam bir plastik şişenin içine bir miktar su doldurulduktan sonra pompa yardımı ile şişeye hava basılmıştır. Fırlatma borusuna yerleştirilen roket serbest bırakıldığında yükselmeye başlamış ve şişenin içinden su dışarı doğru fışkırmıştır.
Tüm sürtünmeler ihmal edildiğine göre,
I. Roket serbest bırakıldığında şişe ve çıkış yapan suyun momentumları eşit büyüklüktedir.
II. Serbest bırakılan roketin kinetik enerjisi sürekli artar.
III. Roket yükselirken rokete etki eden dış kuvvet sıfırdır.
Yargılarından hangileri doğrudur?
A) Yalnız I
B) Yalnız II
C) Yalnız III
D) I ve II
E) II ve III
Cevap:
Table of Contents
-
- Temel Kavramlar
-
- I. Momentum Büyüklükleri
- II. Kinetik Enerjinin Seyri
- III. Rokete Etki Eden Kuvvet
- Özet Tablo
- Sonuç ve Kısa Değerlendirme
1. Sorunun Özeti
Bir su roketi düzeneğinde şişedeki su, basınçlı hava yardımıyla dışarı doğru fışkırtılarak roketin yukarı doğru hız kazanması sağlanıyor. Sürtünme yok sayıldığında, hareket, momentum korunumu ve enerji prensipleri üzerinden inceleniyor.
2. Temel Kavramlar
- Momentum Korunumu: İzole bir sistemde, toplam momentum korunur. Çıkış yapan suyun momentumu ile roketin momentumu eşit büyüklükte ve zıt yöndedir.
- Kinetik Enerji (KE): Bir cismin hızından dolayı sahip olduğu enerjidir. Dış kuvvetlerin (örneğin ağırlık, itme vb.) etkisi altında sürekli artıp azalabilir.
- Dış Kuvvet: Rokete etki eden yerçekimi, itme (itki), hava direnci vb. kuvvetleri ifade eder. Soruda sürtünme (hava direnci) ihmal edilmiştir ama ağırlık kuvveti mutlaka vardır.
3. Şıkların Analizi
I. Roket serbest bırakıldığında şişe ve çıkış yapan suyun momentumları eşit büyüklüktedir.
Doğru. Sistemde su, roketi yukarı iterken kendisi de aşağı doğru fışkırır. Sürtünmesiz ve dış kuvvetlerin yokluğunda (sistemin toplam merkezi kütle hareketi açısından), korunmakta olan büyüklük momemtumdur. Su dışarı atıldıkça, ejected suyun momentumu kadar roket de zıt yönde momentuma sahip olur.
II. Serbest bırakılan roketin kinetik enerjisi sürekli artar.
Yanlış. Roket yükselmeye başladığında, ilk aşamada suyun itiş etkisiyle kinetik enerjisi artar; ancak bir noktadan sonra su bitecek, roket bir yandan yerçekimi etkisinde kalacak, dolayısıyla hızı azalmaya başlayacak ve en tepede hızı sıfıra düşerek KE de sıfıra yaklaşacaktır. “Sürekli artar” ifadesi bu yüzden doğru değildir.
III. Roket yükselirken rokete etki eden dış kuvvet sıfırdır.
Yanlış. Roket yükselirken üzerinde yerçekimi (aşağı yönde) ve itme (itki) kuvveti (yukarı yönde) vardır. Sürtünme sıfır sayılsa bile yerçekimi asla yok olmaz; dolayısıyla toplam dış kuvvet sıfır değildir.
Dolayısıyla doğru olan tek ifade I.’dir.
4. Özet Tablo
| İfade | Değerlendirme | Açıklama |
|---|---|---|
| I | Doğru | Momentum korunumu gereği, su ve roket zıt yönlü, eşit büyüklükte momentuma sahiptir. |
| II | Yanlış | Roket belli bir süre ivmelenir ancak su bittiğinde ve yerçekimi etkisiyle KE azalır. |
| III | Yanlış | Yerçekimi her zaman mevcuttur; dolayısıyla dış kuvvet sıfır olamaz. |
5. Sonuç ve Kısa Değerlendirme
Sürtünmeler göz ardı edildiğinde dahi yerçekimi kuvveti roket üzerinde varlığını sürdürür ve kinetik enerji “sürekli” artmaz. Ancak su roketi ve fışkıran su arasındaki momentum büyüklükleri eşit, yönleri zıttır. Bu nedenle doğru cevap “Yalnız I” (A) seçeneğidir.