5. Akıntı hızının sabit ve v_A olduğu bir nehrin genişliği d kadardır. Suya göre hızının büyüklüğü v olan bir yüzücü kıyı ile \alpha açısı yapacak şekilde suya girdiğinde t süre sonra karşı kıyıya ulaşmaktadır. Buna göre, t süresi aşağıda verilen niceliklerden hangisine bağlıdır?
Sorunun Analizi:
- Nehir boyunca suyun akıntı hızı v_A sabittir ve yatay doğru gösterilmiştir.
- Nehir genişliği d olarak verilmiştir. Yani yüzücünün karşı kıyıya geçmesi gereken mesafe d.
- Yüzücünün suya göre hızı v büyüklüğündedir ve bu hızla nehre \alpha açısı yaparak giriş yapmaktadır.
- Yüzücü, akıntının etkisi altında hareket ederken, t sürede karşı kıyıya ulaşmaktadır.
Amaç:
- t süresinin hangi değişkenlere bağlı olduğunu anlamak.
Çözüm Adımları:
Yüzücünün hareketini analiz edelim.
1. Koordinat Sistemi ve Hızların Bileşenleri
-
Akıntı yatay doğrultuda, büyüklüğü v_A.
-
Yüzücünün suya göre hızı v, ancak nehre göre hareketi buna akıntı hızı da eklenince değişir.
-
Yüzücü, kıyı ile \alpha açısı yapacak şekilde suya girdiyse yüzücünün suya göre hızının bileşenleri:
-
Nehire dik doğrultudaki (yönü d olan): v \cos \alpha
-
Akıntı doğrultusundaki (yönü yatay): v \sin \alpha
2. Nehre dik hareket ve süre hesabı
-
Karşı kıyıya yüzücü, nehre göre hareketi süresince d kadar dik mesafe kat etmelidir.
-
Nehre göre hızının dik bileşeni, ona göre ilerleme hızıdır ve bu bileşen sadece yüzücünün suya göre hızının bileşeni olduğu için v \cos \alpha.
-
Akıntı sürükleme yaptıktan sonra bile yüzücünün karşı kıyıya ulaşma süresi, nehre dik doğrultudaki hız ile doğrudan ilişkilidir.
-
Süreyi bulmak için:
3. Akıntının etkisi
- Akıntı yüzücüyü yatayda v_A hızıyla taşır, ama karşı kıyıya geçme süresiyle doğrudan ilişkili değildir.
- Soru sadece t süresiyle ilgili değişkenleri soruyor; t süresi, nehir genişliği d, yüzücünün hızı v, ve giriş açısı \alpha ile hesaplanabilir.
- Akıntı hızı v_A ise sadece yüzücünün hedeflenen karşı kıyıya tam dik inişine etkili olur. Ancak ulaşma süresi $\textbf{t}$ için doğrudan bir bağımlılıktan söz edilemez.
Cevap Seçenekleri:
| Seçenek | İçerik | t zamanına bağlı mı? |
|---|---|---|
| A) d ve α | Nehir genişliği ve açı | v hızı olmadan yeterli değil |
| B) d, α ve v | Nehir genişliği, açı ve hız | Düşünülebilir |
| C) d, α, v ve v_A | Dört değişken | v_A’nın süresi etkileyip etkilemediği tartışmalı |
| D) v ve v_A | Hızlar | Genişlik d olmayınca olmaz |
| E) d, v ve v_A | Genişlik ve hızların kombinasyonu | Açı yoksa süre bilinmez |
Yukarıdaki açıklamada t = \frac{d}{v \cos \alpha} olduğundan, süre sadece d, v ve \alpha’ nın fonksiyonudur.
Akıntı hızı ( v_A ) süreyi değiştirmez, sadece yüzücünün gerçek rotasını etkiler.
Sonuç:
t süresi d, \alpha ve v niceliklerine bağlıdır.
Bu da B şıkkıdır.
Özet Tablo: t süresinin bağlı olduğu değişkenler
| Değişken | Tanımı | Süreye Etkisi |
|---|---|---|
| d | Nehir genişliği | Doğrudan sürenin payı |
| \alpha | Yüzücünün nehre giriş açısı | Hızın bileşenini etkiler |
| v | Yüzücünün suya göre hızı | Süreyi ters orantılı etkiler |
| v_A | Akıntı hızı | Süreyi doğrudan etkilemez |
5. Sorunun Cevabı: B) d, α ve v
6. Bir yolcu uçağı, havaya göre 550 km/saat hızla, şekildeki gibi batıdan doğuya doğru uçmaktadır. Rüzgâr, 50 km/saat hızla doğudan batıya doğru esmektedir. Buna göre, bu uçağın K şehrinden L şehrine gidiş geliş en az kaç saat sürer?
Verilenler:
- Uçağın havaya göre hızı: v_u = 550 km/saat (batıdan doğuya)
- Rüzgâr hızı: v_r = 50 km/saat (doğudan batıya)
- Mesafe: d = 1200 km (K şehri ile L şehri arası)
Amaç:
- Uçağın K şehrinden L şehrine gidip geri dönüş süresinin en kısa toplam zamanı.
Çözüm:
1. Uçağın yere göre hızı
-
Gidiş yönü: batıdan doğuya, rüzgâr doğudan batıya (rüzgâr uçağın hızına zıt).
- Uçağın yere göre gidiş hızı:
v_{gidiş} = v_u - v_r = 550 - 50 = 500 \text{ km/saat} -
Geri dönüş yönü: doğudan batıya (rüzgâr uçağın hızını destekleme yönünde).
- Uçağın yere göre dönüş hızı:
v_{dönüş} = v_u + v_r = 550 + 50 = 600 \text{ km/saat}
2. Sürelerin hesaplanması
- Gidiş süresi:
- Dönüş süresi:
- Toplam süre:
Cevap: A) 4,4
Özet Tablo: Uçağın gidiş-dönüş süresi hesapları
| Parametre | Değer | Açıklama |
|---|---|---|
| v_u | 550 km/saat | Uçağın havaya göre hızı |
| v_r | 50 km/saat | Rüzgâr hızı (zıt yönde) |
| Mesafe d | 1200 km | K ile L arasındaki mesafe |
| Gidiş hızı | 500 km/saat | v_u - v_r |
| Gidiş süresi | 2,4 saat | d / v_{gidiş} |
| Dönüş hızı | 600 km/saat | v_u + v_r |
| Dönüş süresi | 2 saat | d / v_{dönüş} |
| Toplam süre | 4,4 saat | Gidiş + dönüş süre toplamı |
Sonuç:
-
- soruda t süresi d, \alpha ve v değişkenlerine bağlıdır.
-
- soruda uçağın gidip gelme süresinin en az toplamı 4.4 saattir.
