Resimli Soru 01-06-2025 18:35:20

!image|375x500 [Link Silindi]

Resimli sorunuzun çözümü:
Sorunun şekline ve metnine uygun olarak çözüm yapacağım.


Soruyu Anlama:

Şekilde bir gezegenin K ve M parçacıkları belirtildiği gibi kendi yörüngelerinde dönmektedir. Soruda K parçacığı, gezegene daha yakın bir yolda; M parçacığı, gezegene daha uzak bir yolda dönmektedir. Dolayısıyla aşağıdaki niceliklerin karşılaştırılması istenmiş:

  • I. Eylemsizlik momenti
  • II. Açısal momentum
  • III. Merkezcil ivme

Çözüm Adımları:

1. Eylemsizlik Momenti:

Eylemsizlik momenti formülü:
$
I = m \cdot r^2
$
Bu formülde:

  • m parçacığın kütlesi,
  • r ise parçacığın gezegene olan uzaklığıdır.

K parçacığı gezegene daha yakın olduğu için, K’nin r değeri küçükdür. Dolayısıyla:
$
I_K < I_M
$
Yani K’nin eylemsizlik momenti, M’nin eylemsizlik momentinden küçüktür.


2. Açısal Momentum (L):

Açısal momentum formülü:
$
L = m \cdot r \cdot v
$
Burada:

  • v parçacığın hızıdır ve merkezcil kuvvet/ivme nedeniyle parçacık gezegene yakın olan K, daha büyük bir hızla döner. (v_K > v_M)
  • Ancak K’nin gezegenle olan mesafesi daha küçük olduğu için, r_K < r_M.

Açısal momentum açısından v hızının etkisi daha baskındır çünkü hız artışı daha fazla momentum yaratır.
$
L_K < L_M
$
Yani K’nin açısal momentumu, M’nin açısal momentumundan küçüktür.


3. Merkezcil İvme (a_c):

Merkezcil ivme formülü:
$
a_c = \frac{v^2}{r}
$
K’nin hızının (v) büyük olduğunu ve uzaklığının küçük olduğunu bildiğimizden:
$
a_c \propto \frac{v^2}{r}
$
Hız büyük ve mesafe küçük olduğu zaman merkezcil ivme daha büyüktür. Dolayısıyla:
$
a_c(K) > a_c(M)
$

Sonuç: K parçacığının merkezcil ivmesi, M parçacığına kıyasla daha büyüktür.


Doğru Cevabı Belirleme:

Soruda, K parçacığının M parçacığına göre hangi niceliklerde daha küçük olduğunu soruyor.

Sonuçlar:

  • I. Eylemsizlik momenti: Daha küçük
  • II. Açısal momentum: Daha küçük
  • III. Merkezcil ivme: Daha büyük

Doğru cevap: D seçeneği (II ve III)


Özet Tablo:

Nicelik K’nin Durumu Sonuç
Eylemsizlik Momenti I_K < I_M Daha küçük
Açısal Momentum L_K < L_M Daha küçük
Merkezcil İvme a_{cK} > a_{cM} Daha büyük

Sonuç: K parçacığı yalnızca II ve III niceliklerde M parçacığından daha küçüktür.

@Yagmur_Ozdemir2

14. Bir gezegenin halkaları kendi yörüngelerinde dolanan birçok parçacıktan oluşmuştur. Şekilde bu gezegenin etrafında dolanan özdeş K ve M parçacıklarından gezegene daha yakın bir yörüngedeki K parçacığı ile daha uzak bir yörüngedeki M parçacığının konumları gösterilmiştir. K ve M parçacıklarının yörüngeleri çembersel kabul edilmektedir.
Buna göre K parçacığının;
I. gezegen merkezine göre eylemsizlik momenti,
II. gezegen merkezine göre açısal momentum büyüklüğü,
III. merkezcil ivmesinin büyüklüğü
niteliklerinden hangileri M parçacığınınkinden daha küçüktür?


Çözüm ve Açıklama

Aşağıda, K ve M parçacıklarının dinamiğini adım adım inceleyerek hangi niceliklerin K için M’e göre büyük veya küçük olduğunu belirleyeceğiz.

İçindekiler

  1. Temel Kavramlar
  2. Eylemsizlik Momentinin Karşılaştırılması
  3. Açısal Momentumun Karşılaştırılması
  4. Merkezcil İvmenin Karşılaştırılması
  5. Sonuç ve Özet Tablosu
  6. Kısa Değerlendirme

1. Temel Kavramlar

  • Çembersel Hareket: Bir cismin sabit yarıçaplı bir yörüngede dönmesi durumunda, hız yönü sürekli değişir ve bu değişimi sağlayan merkezcil (merkeze doğru) bir kuvvet vardır.
  • Eylemsizlik Momenti (I): Belirli bir eksene göre cismin kütlesi ile dönme yarıçapının karesinin çarpımıdır. Noktasal kütle için I = mr^2 biçiminde ifade edilir.
  • Açısal Momentum (L): Bir cismin dönme dinamiğinin ölçüsüdür. Noktasal kütle için L = m \cdot r \cdot v olup yörünge hareketi açısından L = m\,r\, \sqrt{\frac{GM}{r}} = m\,\sqrt{GM\,r} şeklinde de gösterilebilir.
  • Merkezcil İvme (ac): Çembersel hareketi sağlayan ivmedir ve a_{c} = \frac{v^2}{r} = \frac{GM}{r^2} formülüyle hesaplanır. Burada G evrensel çekim sabiti, M gezegenin kütlesi, r ise yörünge yarıçapıdır.

2. Eylemsizlik Momentinin Karşılaştırılması

K ve M parçacıkları özdeş (kütleleri aynı), fakat yarıçapları farklı iki yörüngede dolanmaktadır. K parçacığı, gezegene daha yakın bir yörüngededir:

• Eylemsizlik momenti formülü I = m r^2 olarak verildiğinden, daha küçük yarıçapa sahip K parçacığı için r_{K} < r_{M} geçerlidir.
• Buna bağlı olarak I_{K} = m \, r_{K}^2 ve I_{M} = m \, r_{M}^2 olduğunda, r_{K} < r_{M} ⇒ I_{K} < I_{M}.

Dolayısıyla K’nin eylemsizlik momenti, M’ninkinden daha küçüktür.

3. Açısal Momentumun Karşılaştırılması

Bir parçacığın açısal momentumu:
$
L = m,r,v
$
şeklindedir. Yerçekimi merkezli dairesel yörüngede dolanan cisimler için hız
$
v = \sqrt{\frac{G,M}{r}}
$
olduğundan,
$
L = m,r ,\sqrt{\frac{G,M}{r}} = m ,\sqrt{G,M,r}.
$

• L değerinin r ile ilişkisi \sqrt{r} şeklinde olduğundan, daha küçük yarıçaptaki K parçacığının açısal momentum değeri de daha küçük olur.
• Yani r_{K} < r_{M} ⇒ \sqrt{r_{K}} < \sqrt{r_{M}} ⇒ L_{K} < L_{M}.

Dolayısıyla K’nin açısal momentumu, M’ninkinden daha küçüktür.

4. Merkezcil İvmenin Karşılaştırılması

Çembersel hareket için merkezcil ivme şöyledir:
$
a_{c} = \frac{v^2}{r} = \frac{G,M}{r^2}.
$

• Küçük yarıçaplı yörüngede bulunan K parçacığı için r_{K} < r_{M} ise
$
a_{c,K} = \frac{G,M}{r_{K}^2}
$
ve
$
a_{c,M} = \frac{G,M}{r_{M}^2}.
$
• r_{K} < r_{M} olduğundan a_{c,K} > a_{c,M}.

Yani K’nin merkezcil ivmesi, M’ninkinden daha büyüktür.

5. Sonuç ve Özet Tablosu

Aşağıdaki tabloda, K ve M parçacıkları arasındaki niceliklerin nasıl karşılaştırıldığı özetlenmiştir:

Nicelik K Parçacığı (Daha Yakın) M Parçacığı (Daha Uzak) Karşılaştırma Sonucu (K < M mi?)
Eylemsizlik Momenti (I) IK = m·rK² IM = m·rM² Daha Küçük (IK < IM)
Açısal Momentum (L) LK = m·√(GM·rK) LM = m·√(GM·rM) Daha Küçük (LK < LM)
Merkezcil İvme (ac) aK = GM / rK² aM = GM / rM² Daha Büyük (aK > aM)

Bu tabloya göre K parçacığı, M’ye göre daha küçük eylemsizlik momentine ve açısal momentuma, daha büyük ise merkezcil ivmeye sahiptir.

6. Kısa Değerlendirme

Soru; “K parçacığının hangi nicelikleri M parçacığınınkinden daha küçüktür?” sorusuna yanıt aramaktadır. Yukarıdaki analiz sonucunda:

  • Eylemsizlik momenti (I): K < M
  • Açısal momentum (L): K < M
  • Merkezcil ivme (ac): K > M

Dolayısıyla I ve II (eylemsizlik momenti ve açısal momentum) K için daha küçüktür. Sorumuzun doğru cevabı “I ve II” şeklindedir.


Cevap: I ve II

@Yagmur_Ozdemir2