Uzanım, Hız ve İvmenin Zamana Göre Değişimi

9 questions

Question 1Question

Sürtünmesiz yatay düzlemde basit harmonik hareket yapan bir cisim, t=0t = 0 anında maksimum uzanım (genlik) noktasından harekete geçmektedir.

Cismin periyodu TT olduğuna göre; t1=0t_1 = 0, t2=T12t_2 = \frac{T}{12} ve t3=T4t_3 = \frac{T}{4} anlarındaki hızlarının büyüklükleri olan v1v_1, v2v_2 ve v3v_3 değerlerini en küçükten en büyüğe doğru sıralayınız.

Drag items to arrange them in the correct order

Show answer & explanation

Answer

Hız büyüklüklerinin en küçükten en büyüğe doğru sıralaması v1<v2<v3v_1 < v_2 < v_3 şeklindedir.
Cismin hız büyüklüğü t1=0t_1 = 0 anında sıfır, t2=T12t_2 = \frac{T}{12} anında 0,5vmaks0,5 v_{\text{maks}}, t3=T4t_3 = \frac{T}{4} anında ise vmaksv_{\text{maks}} (maksimum) değerini alır. Bu nedenle en küçükten en büyüğe doğru sıralama v1v_1, v2v_2, v3v_3 şeklinde olur.

Step-by-Step Solution

1
t1=0t_1 = 0 anındaki hız büyüklüğünü belirleme
v1=0v_1 = 0
Cisim t=0t = 0 anında maksimum uzanım (genlik) noktasındadır. Basit harmonik harekette yörüngenin uç noktalarında anlık hız sıfırdır.
2
t2=T12t_2 = \frac{T}{12} anındaki hız büyüklüğünü belirleme
v2=0,5ωAv_2 = 0,5 \omega A
Hızın zamana bağlı fonksiyonu v(t)=ωAsin(ωt)v(t) = -\omega A \sin(\omega t) olup t2=T12t_2 = \frac{T}{12} için hız büyüklüğü v2=ωAsin(2πTT12)=ωAsin(30)=0,5ωAv_2 = \omega A \sin(\frac{2\pi}{T} \cdot \frac{T}{12}) = \omega A \sin(30^\circ) = 0,5 \omega A olur.
3
t3=T4t_3 = \frac{T}{4} anındaki hız büyüklüğünü belirleme
v3=ωAv_3 = \omega A
Cisim periyodun dörtte birinde denge konumuna ulaşır. Denge konumunda hız maksimumdur ve v3=ωAsin(90)=ωAv_3 = \omega A \sin(90^\circ) = \omega A olur.

Key Concept

Basit harmonik harekette hızın zamana göre değişimi sinüzoidal bir fonksiyon olup, denge konumunda maksimum, genlik noktalarında ise sıfırdır.
Question 2Question

Basit harmonik hareket yapan bir cisim, şekildeki gibi uzanımının maksimum olduğu genlik noktasından (+R+R) geçmektedir. Buna göre, cismin bu andaki hızı (vv) ve ivmesi (aa) ile ilgili aşağıdakilerden hangisi doğrudur?

Show answer & explanation

Answer: Hızı sıfır, ivmesi ise maksimum büyüklüktedir.

Answer

Hızı sıfır, ivmesi ise maksimum büyüklüktedir.
Cisim genlik noktasında (maksimum uzanımda) anlık olarak durur ve geri döner, bu nedenle hızı sıfırdır. Bu noktada cisme etki eden geri çağırıcı kuvvet maksimum değerini aldığından, Newton'ın ikinci hareket yasası (F=maF=ma) gereği cismin ivmesinin büyüklüğü de maksimum olur.

Step-by-Step Solution

1
Cismin genlik noktasındaki hızını belirleme.
Hız sıfırdır (v=0v = 0).
Genlik noktası dönüş noktasıdır. Cisim yön değiştirmek için bu noktada anlık olarak durmak zorundadır.
2
Cismin genlik noktasındaki ivmesini belirleme.
İvme maksimum büyüklüktedir (a=amaksa = a_{\text{maks}}).
Uzanım (xx) maksimum büyüklükte (RR) olduğu için geri çağırıcı kuvvet ve dolayısıyla ivme de maksimum büyüklüğe ulaşır.

Key Concept

Basit harmonik harekette genlik noktalarında (maksimum uzanım) hız sıfır iken geri çağırıcı kuvvet ve ivme maksimum büyüklüktedir.
Estimated Time:1m 30s
Question 3Question

Sürtünmesiz yatay düzlemde, denge konumu OO noktası olan ve +x+x yönü sağa doğru tanımlanmış bir koordinat ekseni üzerinde basit harmonik hareket yapan bir cismin periyodu TT, genliği ise RR'dir.

Cismin hareketi sırasında gerçekleşen üç farklı durum aşağıda tanımlanmıştır:

I. Durum: Cismin uzanımının x=32Rx = -\frac{\sqrt{3}}{2}R olduğu ve denge konumundan uzaklaşmakta olduğu an (vIv_I)
II. Durum: Cismin denge konumundan +x+x yönünde geçtikten T12\frac{T}{12} süre sonraki anı (vIIv_{II})
III. Durum: Cismin +x+x yönündeki maksimum uzanım (genlik) noktasından geçtikten T8\frac{T}{8} süre sonraki anı (vIIIv_{III})

Bu durumlardaki hızların (vIv_I, vIIv_{II}, vIIIv_{III}) yönleri (+ ve - işaretleri) dikkate alınarak elde edilen cebirsel değerlerini küçükten büyüğe doğru sıralayınız.

Drag items to arrange them in the correct order

Show answer & explanation

Answer

Doğru sıralama vIII<vI<vIIv_{III} < v_I < v_{II} şeklindedir.
Hızların yönleri ve büyüklükleri hesaplandığında; vIII=22ωR0,707ωRv_{III} = -\frac{\sqrt{2}}{2}\omega R \approx -0,707\omega R, vI=0,5ωRv_I = -0,5\omega R ve vII=+32ωR+0,866ωRv_{II} = +\frac{\sqrt{3}}{2}\omega R \approx +0,866\omega R değerleri bulunur. Bu değerlerin cebirsel sıralaması negatiften pozitife doğru vIII<vI<vIIv_{III} < v_I < v_{II} şeklinde olur.

Step-by-Step Solution

1
I. durum için hız değerini bulunuz.
vI=0,5ωRv_I = -0,5\omega R
Cisim xI=32Rx_I = -\frac{\sqrt{3}}{2}R konumunda ve denge konumundan uzaklaşmaktadır. Negatif bölgede dengeden uzaklaştığı için hızı eksi yönlüdür. v=ωR2x2v = \omega \sqrt{R^2 - x^2} formülünden büyüklüğü 0,5ωR0,5\omega R olup cebirsel değeri vI=0,5ωRv_I = -0,5\omega R olarak bulunur.
2
II. durum için hız değerini bulunuz.
vII=+32ωR+0,866ωRv_{II} = +\frac{\sqrt{3}}{2}\omega R \approx +0,866\omega R
Denge konumundan (x=0x=0) pozitif yönde geçildikten T12\frac{T}{12} süre sonra cisim hala pozitif yönde hareket etmektedir. Hız denklemi v(t)=ωRcos(ωt)v(t) = \omega R \cos(\omega t) kullanılarak, t=T12t = \frac{T}{12} için ωt=30\omega t = 30^\circ bulunur. Buradan vII=+ωRcos(30)=+32ωRv_{II} = +\omega R \cos(30^\circ) = +\frac{\sqrt{3}}{2}\omega R elde edilir.
3
III. durum için hız değerini bulunuz.
vIII=22ωR0,707ωRv_{III} = -\frac{\sqrt{2}}{2}\omega R \approx -0,707\omega R
Maksimum pozitif uzanımdan (x=+Rx=+R) harekete başlayan cisim için konum denklemi x(t)=Rcos(ωt)x(t) = R \cos(\omega t), hız denklemi ise v(t)=ωRsin(ωt)v(t) = -\omega R \sin(\omega t) olur. Denge konumuna doğru geri döndüğü için hız negatif işaretlidir. t=T8t = \frac{T}{8} için ωt=45\omega t = 45^\circ olur. Buradan vIII=ωRsin(45)=22ωRv_{III} = -\omega R \sin(45^\circ) = -\frac{\sqrt{2}}{2}\omega R elde edilir.
4
Elde edilen hız değerlerini cebirsel olarak karşılaştırıp sıralayınız.
vIII<vI<vIIv_{III} < v_I < v_{II}
Cebirsel olarak en küçük değer 0,707ωR-0,707\omega R ile vIIIv_{III}, ardından 0,5ωR-0,5\omega R ile vIv_I, en büyük ise +0,866ωR+0,866\omega R ile vIIv_{II}'dir. Dolayısıyla küçükten büyüğe sıralama III, I, II şeklinde olur.

Key Concept

Basit harmonik harekette uzanım ve hızın zamana göre değişimi ile hız vektörünün yönünün belirlenmesi.
Estimated Time:3m 0s
Question 4Question

Sürtünmesi ihmal edilen bir ortamda, denge noktası OO olan bir eksen üzerinde RR genliğiyle salınım hareketi gerçekleştiren bir parçacık, t=0t = 0 anında denge noktasından +x+x yönünde geçmektedir.

Parçacığın periyodu TT olduğuna göre; aşağıda belirtilen anlardaki anlık hız büyüklüklerini (v1v_1, v2v_2 ve v3v_3) en küçükten en büyüğe doğru sıralayınız.

Drag items to arrange them in the correct order

Show answer & explanation

Answer

Hız büyüklükleri en küçükten en büyüğe doğru v3v_3, v2v_2, v1v_1 şeklinde sıralanır.
Parçacığın hız fonksiyonunun zamana bağlı değişimi v(t)=vmaxcos(2πTt)v(t) = v_{\text{max}} \cos(\frac{2\pi}{T} t) şeklindedir. Verilen zaman anları fonksiyonda yerine konulduğunda elde edilen hız büyüklükleri sırasıyla v1=32vmax0,866vmaxv_1 = \frac{\sqrt{3}}{2} v_{\text{max}} \approx 0,866 v_{\text{max}}, v2=22vmax0,707vmaxv_2 = \frac{\sqrt{2}}{2} v_{\text{max}} \approx 0,707 v_{\text{max}} ve v3=0,5vmaxv_3 = 0,5 v_{\text{max}} olur. Bu büyüklükler karşılaştırıldığında en küçük hızın üçüncü durumda, en büyük hızın ise birinci durumda olduğu görülür.

Step-by-Step Solution

1
Parçacığın başlangıç koşullarını belirleyerek zamana bağlı hız fonksiyonunu yazın.
v(t)=vmaxcos(ωt)v(t) = v_{\text{max}} \cos(\omega t)
Parçacık t=0t = 0 anında denge konumundan (x=0x = 0) geçtiği için uzanım denklemi x(t)=Rsin(ωt)x(t) = R \sin(\omega t) olur. Hız, uzanımın zamana göre türevi olduğundan hız fonksiyonu v(t)=ωRcos(ωt)=vmaxcos(ωt)v(t) = \omega R \cos(\omega t) = v_{\text{max}} \cos(\omega t) şeklinde yazılır.
2
Her bir zaman anı için faz açısını hesaplayın.
t1t_1 için θ1=30\theta_1 = 30^\circ, t2t_2 için θ2=135\theta_2 = 135^\circ, t3t_3 için θ3=300\theta_3 = 300^\circ
Açısal frekans ω=2πT\omega = \frac{2\pi}{T} ifadesi kullanılarak faz açısı θ=ωt=2πTt\theta = \omega t = \frac{2\pi}{T} t formülüyle bulunur. t1=T12t_1 = \frac{T}{12} için θ1=π6\theta_1 = \frac{\pi}{6} (3030^\circ); t2=3T8t_2 = \frac{3T}{8} için θ2=3π4\theta_2 = \frac{3\pi}{4} (135135^\circ); t3=5T6t_3 = \frac{5T}{6} için θ3=5π3\theta_3 = \frac{5\pi}{3} (300300^\circ) elde edilir.
3
Hesaplanan faz açılarındaki hız büyüklüklerini bulun.
v1=32vmaxv_1 = \frac{\sqrt{3}}{2} v_{\text{max}}, v2=22vmaxv_2 = \frac{\sqrt{2}}{2} v_{\text{max}}, v3=0,5vmaxv_3 = 0,5 v_{\text{max}}
Hız büyüklükleri için fonksiyonun mutlak değeri alınır: v(t)=vmaxcos(θ)|v(t)| = v_{\text{max}} |\cos(\theta)|. İlgili açılar için trigonometrik değerler yerine yazıldığında; v1=vmaxcos(30)=32vmax0,866vmaxv_1 = v_{\text{max}} \cos(30^\circ) = \frac{\sqrt{3}}{2} v_{\text{max}} \approx 0,866 v_{\text{max}}, v2=vmaxcos(135)=22vmax0,707vmaxv_2 = v_{\text{max}} |\cos(135^\circ)| = \frac{\sqrt{2}}{2} v_{\text{max}} \approx 0,707 v_{\text{max}} ve v3=vmaxcos(300)=0,5vmaxv_3 = v_{\text{max}} \cos(300^\circ) = 0,5 v_{\text{max}} bulunur.
4
Elde edilen hız büyüklüklerini karşılaştırarak küçükten büyüğe sıralayın.
v3<v2<v1v_3 < v_2 < v_1
0,5<0,707<0,8660,5 < 0,707 < 0,866 olduğu için hız büyüklükleri arasındaki ilişki v3<v2<v1v_3 < v_2 < v_1 biçimindedir.

Key Concept

Basit harmonik harekette hızın zamana göre değişimi
Question 5Question

Sürtünmesiz yatay düzlemde basit harmonik hareket yapan bir cismin uzanım, hız ve ivme büyüklüklerinin zamana göre değişimleri incelenmektedir. Cismin periyodu TT, genliği ise RR olup cisim t=0t = 0 anında denge konumundan +x+x yönünde geçmektedir.

Buna göre, cismin hareketine ait aşağıdaki oranları küçükten büyüğe doğru sıralayınız.

Drag items to arrange them in the correct order

Show answer & explanation

Answer

Küçükten büyüğe doğru doğru sıralama I, II ve III şeklindedir (I < II < III).
Oranlar hesaplandığında I. oranın 0,5, II. oranın yaklaşık 0,707 ve III. oranın yaklaşık 0,866 olduğu görülür. Bu değerler küçükten büyüğe sıralandığında I < II < III sırası elde edilir.

Step-by-Step Solution

1
Cismin hareket denklemlerinin belirlenmesi
t=0t = 0 anında denge konumundan +x+x yönünde geçen cismin uzanım denklemi x(t)=Rsin(ωt)x(t) = R \sin(\omega t), hız denklemi v(t)=vmaxcos(ωt)v(t) = v_{max} \cos(\omega t) ve ivme büyüklüğü denklemi a(t)=amaxsin(ωt)a(t) = a_{max} \sin(\omega t) olarak yazılır.
Başlangıç koşullarına (t=0t=0 anında denge konumundan geçiş) göre trigonometrik fonksiyonların seçilmesi gerekir.
2
I. öncüldeki ivme oranının hesaplanması
t1=T12t_1 = \frac{T}{12} anı için faz açısı ωt1=2πTT12=π6=30\omega t_1 = \frac{2\pi}{T} \frac{T}{12} = \frac{\pi}{6} = 30^\circ olur. İvme oranı a1amax=sin(30)=0,5\frac{a_1}{a_{max}} = \sin(30^\circ) = 0,5 bulunur.
İvme büyüklüğünün zamana göre değişimi sin(ωt)\sin(\omega t) fonksiyonu ile belirlenir.
3
II. öncüldeki hız oranının hesaplanması
t2=T8t_2 = \frac{T}{8} anı için faz açısı ωt2=2πTT8=π4=45\omega t_2 = \frac{2\pi}{T} \frac{T}{8} = \frac{\pi}{4} = 45^\circ olur. Hız oranı v2vmax=cos(45)=220,707\frac{v_2}{v_{max}} = \cos(45^\circ) = \frac{\sqrt{2}}{2} \approx 0,707 bulunur.
Denge konumundan başlandığı için hız büyüklüğünün zamana göre deği��imi cos(ωt)\cos(\omega t) fonksiyonu ile belirlenir.
4
III. öncüldeki uzanım oranının hesaplanması
t3=T6t_3 = \frac{T}{6} anı için faz açısı ωt3=2πTT6=π3=60\omega t_3 = \frac{2\pi}{T} \frac{T}{6} = \frac{\pi}{3} = 60^\circ olur. Uzanım oranı x3R=sin(60)=320,866\frac{x_3}{R} = \sin(60^\circ) = \frac{\sqrt{3}}{2} \approx 0,866 bulunur.
Uzanımın zamana göre değişimi sin(ωt)\sin(\omega t) fonksiyonu ile belirlenir.
5
Elde edilen oranların karşılaştırılması
0,5<0,707<0,8660,5 < 0,707 < 0,866 olduğundan sıralama I < II < III şeklindedir.
Hesaplanan sayısal değerlerin büyüklüklerine göre küçükten büyüğe dizilmesi gerekir.

Key Concept

Basit harmonik harekette uzanım, hız ve ivme büyüklüklerinin trigonometrik zaman fonksiyonları cinsinden ifadesi ve hesaplanması.
Question 6Question

Yatay ve sürtünmesiz bir ray üzerinde, uç noktaları KK ve LL, denge konumu ise OO noktası olacak şekilde salınım gerçekleştiren bir vagonun hareketi sırasında uzanım, hız ve ivme nicelikleri takip edilmektedir.

Buna göre, vagonun hareketi ile ilgili,

I. Uzanımın en büyük değerini aldığı KK ve LL noktalarında vagonun hızının büyüklüğü de en büyük değerine ulaşır.
II. Vagon OO noktasından geçerken ivmesinin büyüklüğü sıfır, hızının büyüklüğü ise maksimumdur.
III. Hareket boyunca vagonun ivme vektörü ile uzanım vektörü daima birbirine zıt yönlüdür.

ifadelerinden hangileri doğrudur?

Show answer & explanation

Answer: II ve III

Answer

Vagonun denge konumundan geçerken ivmesinin sıfır, hızının maksimum olması ve hareket boyunca ivme ile uzanım vektörlerinin zıt yönlü olması ifadeleri doğrudur.
Denge konumunda (O noktası) uzanım sıfır olduğu için ivme sıfır, hız maksimum değerdedir. Ayrıca uzanım vektörü merkezden dışa doğru, ivme vektörü ise merkeze doğru olduğundan bu iki vektör daima zıt yönlüdür. Dolayısıyla II ve III numaralı ifadeler doğrudur.

Step-by-Step Solution

1
Uzanımın maksimum olduğu K ve L noktalarındaki hız değerini belirleme.
Hız sıfırdır (v=0v = 0).
Basit harmonik harekette genlik (uç) noktalarında cisim yön değiştirir, bu yüzden hızı anlık olarak sıfır olmak zorundadır.
2
Denge konumu olan O noktasındaki ivme ve hız değerlerini inceleme.
İvme sıfır (a=0a = 0), hız maksimumdur (v=vmaxv = v_{max}).
Denge konumunda uzanım sıfırdır (x=0x = 0). Geri çağırıcı kuvvet uzanımla doğru orantılı olduğundan (F=kxF = -kx), kuvvet ve dolayısıyla ivme (a=Fma = \frac{F}{m}) sıfırdır. Bu konumda kinetik enerji ve hız ise en büyük değerini alır.
3
İvme ve uzanım vektörlerinin yön ilişkisini değerlendirme.
Vektörler daima zıt yönlüdür.
Uzanım vektörü denge konumundan dışarıya doğru çizilirken, geri çağırıcı kuvvet ve dolayısıyla ivme vektörü daima denge konumuna (merkeze) doğrudur. Matematiksel olarak a=ω2x\vec{a} = -\omega^2 \vec{x} ilişkisi bu zıt yönlülüğü gösterir.

Key Concept

Basit harmonik harekette uzanım, hız ve ivme niceliklerinin konuma göre değişimi ve yönlerinin analizi.
Estimated Time:1m 30s
Question 7Question

Durgun bir denizde dalgaların etkisiyle düşey doğrultuda basit harmonik hareket yapan bir şamandıra, en üst seviye olan KK noktası ile en alt seviye olan LL noktası arasında salınım yapmaktadır. Şamandıranın denge konumu deniz yüzeyindeki OO seviyesidir. MM noktası, KK ile OO seviyelerinin tam orta noktasıdır.

Şamandıra en üst seviye olan KK noktasından harekete geçip ilk kez en alt seviye olan LL noktasına ulaşana kadar geçen süreçte gerçekleşen aşağıdaki hareket sürelerini küçükten büyüğe doğru sıralayınız.

Drag items to arrange them in the correct order

Show answer & explanation

Answer

Sürelerin küçükten büyüğe doğru sıralaması tMO<tKM<tOLt_{MO} < t_{KM} < t_{OL} şeklindedir.
Şamandıra denge konumuna (OO) yaklaştıkça hızlandığından, MOM-O arasındaki mesafeyi en kısa sürede (T/12T/12) alır. Genlik noktası KK'den harekete başlarken hızı sıfır olduğundan ve yavaş hareket ettiğinden KMK-M aralığını T/6T/6 sürede tamamlar. Denge konumundan diğer genlik noktası olan LL'ye gitmek ise hareketin çeyreğidir ve T/4T/4 süre alır. Bu nedenle sürelerin küçükten büyüğe sıralaması tMO<tKM<tOLt_{MO} < t_{KM} < t_{OL} şeklindedir.

Step-by-Step Solution

1
Şamandıran��n konumunun zamana göre değişim denklemini yazın.
En üst seviye olan KK noktasından (x=Rx = R) harekete başlayan cismin konum-zaman denklemi x(t)=Rcos(ωt)x(t) = R \cos(\omega t) şeklinde yazılır. Burada ω=2πT\omega = \frac{2\pi}{T} açısal frekanstır.
Zamana bağlı konum değerlerini analiz ederek aralık sürelerini periyot (TT) cinsinden bulmak için kinematik denklem kullanılır.
2
MM ve OO noktalarına ilk ulaşma sürelerini hesaplayın.
MM noktası genliğin yarısı (x=R/2x = R/2) olduğundan, R/2=Rcos(ωtM)    cos(ωtM)=1/2    ωtM=π/3    tM=T/6R/2 = R \cos(\omega t_M) \implies \cos(\omega t_M) = 1/2 \implies \omega t_M = \pi/3 \implies t_M = T/6 bulunur. Denge konumu OO (x=0x = 0) için ise 0=Rcos(ωtO)    cos(ωtO)=0    ωtO=π/2    tO=T/40 = R \cos(\omega t_O) \implies \cos(\omega t_O) = 0 \implies \omega t_O = \pi/2 \implies t_O = T/4 bulunur.
Bu süreler başlangıç noktası olan KK'den itibaren geçen toplam sürelerdir.
3
Aralıklar arasında geçen net süreleri hesaplayarak karşılaştırın.
KMK-M aralığı için geçen süre tKM=tM=T/6t_{KM} = t_M = T/6 olur. MOM-O aralığı için geçen süre tMO=tOtM=T/4T/6=T/12t_{MO} = t_O - t_M = T/4 - T/6 = T/12 olur. OLO-L aralığı ise denge konumundan maksimum genliğe gidiş süresi olup tOL=T/4t_{OL} = T/4 kadardır. Süreler karşılaştırıldığında T/12<T/6<T/4T/12 < T/6 < T/4 olduğu için sıralama tMO<tKM<tOLt_{MO} < t_{KM} < t_{OL} şeklinde elde edilir.
Her bir bölmenin geçilme süresi belirlenerek küçükten büyüğe sıralama yapılmıştır.

Key Concept

Basit harmonik harekette uzanımın zamana göre değişimi ve yolların alınma sürelerinin değişken hızla ilişkisi.
Estimated Time:1m 30s
Question 8Question

Denge konumu OO noktası olan ve t=0t = 0 anında denge konumundan pozitif yönde geçerek basit harmonik hareket yapmaya başlayan bir cismin uzanım-zaman (xtx-t) grafiği şekildeki gibidir.

Cismin hareket periyodu T=12 sT = 12\text{ s} olduğuna göre, hareketin t=1 st = 1\text{ s} anında cismin hareketi ile ilgili;

I. Uzanımı, genliğinin yarısına eşittir.
II. Hız ve ivme vektörleri zıt yönlüdür.
III. Hızının büyüklüğü, maksimum hız büyüklüğünün yarısına eşittir.

yargılarından hangileri doğrudur?

Show answer & explanation

Answer: I ve II

Answer

Uzanımı genliğinin yarısına eşittir ve hız ile ivme vektörleri zıt yönlüdür.
Cismin t=1 st = 1\text{ s} anındaki uzanımı, sinüs fonksiyonunun değeri doğrultusunda genliğinin yarısına (R/2R/2) eşittir. Bu anda cisim denge konumundan uzaklaşmakta olduğu için hız vektörü pozitif yönü gösterirken, ivme vektörü geri çağırıcı özelliğinden ötürü denge konumuna yani negatif yöne doğrudur. Hızın büyüklüğü ise açısal değerin kosinüsüyle orantılı olup maksimum değerinin yarısı değil, kök üç bölü iki katıdır.

Step-by-Step Solution

1
Cismin uzanım denklemini yazmak ve belirtilen andaki değerini bulmak.
t=0t = 0 anında denge konumundan pozitif yönde geçen cismin uzanım denklemi x(t)=Rsin(ωt)x(t) = R \sin(\omega t) şeklindedir. Açısal frekans ω=2πT=2π12=π6 rad/s\omega = \frac{2\pi}{T} = \frac{2\pi}{12} = \frac{\pi}{6}\text{ rad/s}'dir. t=1 st = 1\text{ s} anında uzanım x(1)=Rsin(π6)=Rsin(30)=R2x(1) = R \sin(\frac{\pi}{6}) = R \sin(30^\circ) = \frac{R}{2} olur. Dolayısıyla birinci öncül doğrudur.
Zamana bağlı uzan��m değişimi sinüs fonksiyonu ile belirlenir.
2
Hız ve ivme vektörlerinin yönlerini belirlemek.
t=1 st = 1\text{ s} anında cisim pozitif bölgededir (x>0x > 0) ve denge konumundan uzaklaşmaktadır (maksimum genliğe t=3 st = 3\text{ s}'de ulaşacaktır). Bu yüzden hız vektörü pozitif yönlüdür (v>0\vec{v} > 0). Basit harmonik harekette ivme vektörü her zaman denge konumuna doğrudur (a=ω2x\vec{a} = -\omega^2 \vec{x}). Cisim pozitif bölgede olduğundan ivme vektörü negatif yönlüdür (a<0\vec{a} < 0). Bu durumda hız ve ivme vektörleri zıt yönlüdür. Dolayısıyla ikinci öncül doğrudur.
İvme her zaman geri çağırıcı özellikten dolayı denge konumunu gösterir, hız ise hareket yönündedir.
3
Hız büyüklüğünü maksimum hız büyüklüğü cinsinden hesaplamak.
Hız denklemi v(t)=ωRcos(ωt)v(t) = \omega R \cos(\omega t) şeklindedir. Maksimum hız vmaks=ωRv_{\text{maks}} = \omega R olduğuna göre, t=1 st = 1\text{ s} anındaki hız v(1)=vmakscos(π6)=vmakscos(30)=32vmaksv(1) = v_{\text{maks}} \cos(\frac{\pi}{6}) = v_{\text{maks}} \cos(30^\circ) = \frac{\sqrt{3}}{2} v_{\text{maks}} olur. Bu değer maksimum hızın yarısı değildir. Dolayısıyla üçüncü öncül yanlıştır.
Hızın zamana göre değişimi kosinüs fonksiyonuna bağlıdır ve uzanımla doğrusal bir ilişkisi yoktur.

Key Concept

Basit harmonik harekette uzanım, hız ve ivmenin zamana göre sinüzoidal değişimi ve vektörel yön analizleri.
Estimated Time:2m 0s
Question 9Question

Sürtünmelerin ihmal edildiği yatay düzlemde, maksimum genlik noktasından serbest bırakılarak basit harmonik hareket yapmaya başlayan bir cismin periyodu TT dir. Buna göre, cismin harekete başladığı andan itibaren ge��en bazı sürelerdeki ivme büyüklüklerini küçükten büyüğe doğru sıralayınız.

Drag items to arrange them in the correct order

Show answer & explanation

Answer

İvme büyüklüklerinin küçükten büyüğe doğru sıralaması a3<a2<a1a_3 < a_2 < a_1 şeklindedir.
Maksimum genlikten serbest bırakılan cisim denge konumuna doğru hareket ettikçe uzanımı azalır. İvme büyüklüğü uzanımla doğru orantılı olduğundan, zaman ilerledikçe (t1t_1'den t3t_3'e doğru) ivme büyüklüğü de azalır. Dolayısıyla en küçük ivme en son ana karşılık gelen değerdir.

Step-by-Step Solution

1
Cismin başlangıç koşullarına göre uzanım fonksiyonunu yazma.
Cisim maksimum genlikten (x=Ax = A) serbest bırakıldığı için uzanım denklemi x(t)=Acos(ωt)x(t) = A \cos(\omega t) olur. Burada ω=2πT\omega = \frac{2\pi}{T} açısal frekanstır.
Zamana bağlı konum ve dolayısıyla ivme değişimini analiz etmek amacıyla başlangıç fazına uygun fonksiyon seçilmiştir.
2
Belirtilen zamanlardaki faz açılarını hesaplama.
t1=T12t_1 = \frac{T}{12} için ωt1=2πTT12=π6\omega t_1 = \frac{2\pi}{T} \cdot \frac{T}{12} = \frac{\pi}{6} radyan (3030^\circ);
t2=T8t_2 = \frac{T}{8} için ωt2=2πTT8=π4\omega t_2 = \frac{2\pi}{T} \cdot \frac{T}{8} = \frac{\pi}{4} radyan (4545^\circ);
t3=T6t_3 = \frac{T}{6} için ωt3=2πTT6=π3\omega t_3 = \frac{2\pi}{T} \cdot \frac{T}{6} = \frac{\pi}{3} radyan (6060^\circ) olarak bulunur.
Trigonometrik fonksiyonların değerlerini standart açılar cinsinden bulabilmek için zaman değerleri açıya dönüştürülmüştür.
3
İvme büyüklüklerinin uzanım cinsinden değerlerini bulma.
İvme büyüklüğü a=ω2xa = \omega^2 |x| bağıntısıyla uzanımla doğru orantılıdır.
a1=ω2Acos(30)=32ω2A0,866amaksa_1 = \omega^2 A \cos(30^\circ) = \frac{\sqrt{3}}{2} \omega^2 A \approx 0,866 a_{\text{maks}}
a2=ω2Acos(45)=22ω2A0,707amaksa_2 = \omega^2 A \cos(45^\circ) = \frac{\sqrt{2}}{2} \omega^2 A \approx 0,707 a_{\text{maks}}
a3=ω2Acos(60)=0,5ω2A=0,5amaksa_3 = \omega^2 A \cos(60^\circ) = 0,5 \omega^2 A = 0,5 a_{\text{maks}} elde edilir.
Her bir andaki ivme büyüklüğünü maksimum ivme referansıyla karşılaştırmak için değerler hesaplanmıştır.
4
Hesaplanan ivme büyüklüklerini karşılaştırarak küçükten büyüğe sıralama.
0,5amaks<0,707amaks<0,866amaks0,5 a_{\text{maks}} < 0,707 a_{\text{maks}} < 0,866 a_{\text{maks}} olduğundan sıralama a3<a2<a1a_3 < a_2 < a_1 olur.
Soruda istenen küçükten büyüğe doğru sıralama sonucuna ulaşmak için.

Key Concept

Basit harmonik harekette uzanım ve ivme büyüklükleri denge konumuna olan uzaklıkla doğru orantılıdır. Maksimum genlik noktasından harekete başlayan cisim için zamana bağlı değişim kosinüs fonksiyonuyla ifade edilir.
Uzanım, Hız ve İvmenin Zamana Göre Değişimi Practice Questions — YKS AYT (Alan Yeterlilik Testi) | Examkin