Kuvvet ve Hareket

158 questions

Question 1Question

Doğu-batı doğrultusundaki düz bir yolda hareket eden KK ve LL araçlarından KK aracı doğu yönünde 15 m/s15\text{ m/s} sabit hızla, LL aracı ise batı yönünde 10 m/s10\text{ m/s} sabit hızla gitmektedir.

Buna göre, KK aracında oturan bir gözlemciye göre LL aracının hareket yönü ve hızının büyüklüğü aşağıdakilerden hangisidir?

Show answer & explanation

Answer: Batı yönünde 25 m/s25\text{ m/s}

Answer

Batı yönünde 25 m/s25\text{ m/s}
Bağıl hız, gözlenen cismin hız vektöründen gözlemcinin hız vektörünün çıkarılmasıyla bulunur. Doğu yönü pozitif seçildiğinde, batı yönündeki LL aracının hızı 10 m/s-10\text{ m/s} ve doğu yönündeki KK aracının hızı +15 m/s+15\text{ m/s} olur. Formül uygulandığında, bağıl hız vbag˘ıl=vLvK=1015=25 m/s\vec{v}_{\text{bağıl}} = \vec{v}_L - \vec{v}_K = -10 - 15 = -25\text{ m/s} bulunur. Bu sonuç, KK aracındaki gözlemcinin LL aracını batı yönünde 25 m/s25\text{ m/s} hızla gidiyormuş gibi göreceğini ifade eder.

Step-by-Step Solution

1
Doğu yönünü artı (++), batı yönünü eksi (-) olarak tanımlayarak araçların hız vektörlerini belirleyin.
KK aracının hızı: vK=+15 m/s\vec{v}_K = +15\text{ m/s}, LL aracının hızı: vL=10 m/s\vec{v}_L = -10\text{ m/s}
Bağıl hız hesaplamalarında yön tayinini kolaylaştırmak için koordinat sistemi tanımlanır.
2
Bağıl hız formülü olan vbag˘ıl=vgo¨zlenenvgo¨zlemci\vec{v}_{\text{bağıl}} = \vec{v}_{\text{gözlenen}} - \vec{v}_{\text{gözlemci}} bağıntısını uygulayın.
Burada gözlemci KK aracı, gözlenen ise LL aracıdır. Dolayısıyla formül vbag˘ıl=vLvK\vec{v}_{\text{bağıl}} = \vec{v}_L - \vec{v}_K şeklini alır.
Bir gözlemcinin diğer cismi nasıl gördü��ünü bulmak için gözlenenin hızından gözlemcinin hızı vektörel olarak çıkarılır.
3
Belirlenen hız değerlerini formülde yerine koyarak işlemi yapın.
vbag˘ıl=(10 m/s)(+15 m/s)=25 m/s\vec{v}_{\text{bağıl}} = (-10\text{ m/s}) - (+15\text{ m/s}) = -25\text{ m/s}
Vektörel çıkarma işlemi sonucunda elde edilen değer bağıl hız vektörüdür.
4
Elde edilen sonucun yönünü ve büyüklüğünü yorumlayın.
Sonucun eksi işaretli çıkması hareketin tanımlanan batı yönünde olduğunu, büyüklüğünün ise 25 m/s25\text{ m/s} olduğunu gösterir.
Seçilen koordinat sistemindeki yön tanımlaması sonucun fiziksel anlamını verir.

Key Concept

Bağıl hareket formülü vbag˘ıl=vgo¨zlenenvgo¨zlemci\vec{v}_{\text{bağıl}} = \vec{v}_{\text{gözlenen}} - \vec{v}_{\text{gözlemci}} kullanılarak tek boyutta bağıl hızın büyüklüğü ve yönü bulunur.
Estimated Time:1m 0s
Question 2Question

Yatay ve sürtünmeli bir yüzeyde durmakta olan 4 kg4\text{ kg} kütleli bir cisme yatay doğrultuda 18 N18\text{ N} büyüklüğünde bir kuvvet uygulanmaktadır. Cisim ile yüzey arasındaki kinetik sürtünme katsayısı 0250{}25 olduğuna göre, cismin ivmesinin büyüklüğü kaç m/s2\text{m/s}^2 olur? (Yer çekimi ivmesini g=10 m/s2g = 10\text{ m/s}^2 alınız.)

Show answer & explanation

Answer: 2

Answer

Cismin ivmesinin büyüklüğü 2 m/s22\text{ m/s}^2 olarak bulunur.
Cisme etki eden kinetik sürtünme kuvveti 10 N10\text{ N} olup hareket yönüne terstir. Net kuvvet 1810=8 N18 - 10 = 8\text{ N} ve cismin kütlesi 4 kg4\text{ kg} olduğundan ivme 2 m/s22\text{ m/s}^2 olur.

Step-by-Step Solution

1
Kinetik sürtünme kuvvetinin büyüklüğünü hesaplamak.
fs=10 Nf_s = 10\text{ N}
Sürtünmeli yüzeyde hareket eden cisimlerin ivmesini bulmak için öncelikle harekete ters yöndeki sürtünme kuvvetinin bulunması gerekir.
2
Cisme etki eden net yatay kuvveti bulmak.
Fnet=8 NF_{\text{net}} = 8\text{ N}
İvme, cisme etki eden net kuvvet doğrultusunda ve bu kuvvetle doğru orantılıdır.
3
Newton'ın ikinci yasasını kullanarak ivmeyi hesaplamak.
a=2 m/s2a = 2\text{ m/s}^2
Fnet=maF_{\text{net}} = m \cdot a bağıntısına göre ivme, net kuvvetin kütleye oranıdır.

Key Concept

Newton'ın İkinci Hareket Yasası ve Sürtünme Kuvveti
Question 3Question

Sürtünmesiz yatay bir düzlemde durmakta olan 3 kg3\text{ kg} kütleli bir cisme, yatay doğrultuda zıt yönlü F1=18 NF_1 = 18\text{ N} ve F2=6 NF_2 = 6\text{ N} büyüklüğünde iki kuvvet uygulanmaktadır. Buna göre, cismin ivmesinin büyüklüğü kaç m/s2\text{m/s}^2 olur?

Show answer & explanation

Answer: 44

Answer

İvmenin büyüklüğü 4 m/s24\text{ m/s}^2 olur.
Cisme etki eden zıt yönlü kuvvetlerin farkı net kuvveti (12 N12\text{ N}) verir. Net kuvvet kütleye (3 kg3\text{ kg}) bölündüğünde cismin ivmesi 4 m/s24\text{ m/s}^2 olarak hesaplanır.

Step-by-Step Solution

1
Net kuvvetin yönü ve büyüklüğünün bulunması
Fnet=18 N6 N=12 NF_{\text{net}} = 18\text{ N} - 6\text{ N} = 12\text{ N}
Yatay düzlemdeki kuvvetler zıt yönlü (biri sağa diğeri sola) olduğundan bileşke (net) kuvvet bulunurken büyüklükleri birbirinden çıkarılır.
2
Newton'ın ikinci hareket yasasının uygulanması
a=Fnetm=12 N3 kg=4 m/s2a = \frac{F_{\text{net}}}{m} = \frac{12\text{ N}}{3\text{ kg}} = 4\text{ m/s}^2
Newton'ın ikinci yasası olan Fnet=maF_{\text{net}} = m \cdot a bağıntısı kullanılarak cismin ivmesi hesaplanır.

Key Concept

Newton'ın ikinci hareket yasasına göre bir cismin ivmesi, cisme etki eden net kuvvet ile doğru, cismin kütlesi ile ters orantılıdır. Kuvvet vektörel bir büyüklük olduğundan net kuvvet hesaplanırken kuvvetlerin yönleri dikkate alınmalıdır.
Question 4Question

Kütlesi 2 kg2\text{ kg} olan bir cisim, düşey doğrultuda yukarı doğru 30 N30\text{ N} büyükl��ğündeki sabit bir kuvvetle çekilmektedir. Yerçekimi ivmesi g=10 m/s2g = 10\text{ m/s}^2 olduğuna göre, cismin ivmesi kaç m/s2\text{m/s}^2 büyüklüğündedir?

Show answer & explanation

Answer: 5

Answer

Cismin ivmesi 5 m/s25\text{ m/s}^2 büyüklüğündedir.
Düşey doğrultuda yukarı doğru uygulanan 30 N30\text{ N} büyüklüğündeki kuvvete karşılık, cismin aşağı doğru 20 N20\text{ N} büyüklüğünde yerçekimi kuvveti (ağırlığı) bulunur. Net kuvvet zıt yönlü bu iki kuvvetin farkı olan 10 N10\text{ N} büyüklüğündedir. Fnet=maF_{net} = m \cdot a bağıntısından cismin ivmesi 5 m/s25\text{ m/s}^2 olarak elde edilir.

Step-by-Step Solution

1
Cismin ağırlığını hesaplamak
Cismin ağırlığı G=20 NG = 20\text{ N} olarak bulunur.
Düşey doğrultudaki hareketlerde yerçekimi kuvveti (ağırlık) net kuvvete etki eder.
2
Net kuvveti hesaplamak
Net kuvvet Fnet=10 NF_{net} = 10\text{ N} olarak bulunur.
Yukarı yönlü çekme kuvveti ile aşağı yönlü ağırlık zıt yönlü olduğu için çıkartılır.
3
Cismin ivmesini hesaplamak
Cismin ivmesi a=5 m/s2a = 5\text{ m/s}^2 olarak bulunur.
Newton'ın ikinci hareket yasasına göre ivme, net kuvvetin kütleye oranıdır (a=Fnetma = \frac{F_{net}}{m}).

Key Concept

Newton'ın İkinci Hareket Yasası ve Düşey Doğrultuda Net Kuvvet Analizi
Question 5Question

Kartezyen koordinat sisteminde tanımlanan A=(3,2)\vec{A} = (3, -2), B=(1,4)\vec{B} = (-1, 4) ve C=(2,3)\vec{C} = (2, 3) vektörleri verilmiştir. Sol sütunda verilen vektör işlemlerini, sağ sütundaki bu işlemlerin sonucunda elde edilen bileşke vektörlerin kartezyen koordinatları ile doğru şekilde eşleştiriniz.

Click a left item, then click its matching right item

Items

A+B\vec{A} + \vec{B}
BC\vec{B} - \vec{C}
2A+C2\vec{A} + \vec{C}
CA\vec{C} - \vec{A}

Matches

Show answer & explanation

Answer

Sol sütundaki işlemler sırasıyla sağ sütundaki (2,2)(2, 2), (3,1)(-3, 1), (8,1)(8, -1) ve (1,5)(-1, 5) koordinatlarıyla eşleşir.
Vektörlerin kartezyen koordinatlarındaki toplama ve çıkarma işlemleri bileşenler bazında yapılır. A+B\vec{A} + \vec{B} işlemi (2,2)(2, 2) vektörünü; BC\vec{B} - \vec{C} işlemi (3,1)(-3, 1) vektörünü; 2A+C2\vec{A} + \vec{C} işlemi (8,1)(8, -1) vektörünü; CA\vec{C} - \vec{A} işlemi ise (1,5)(-1, 5) vektörünü verir.

Step-by-Step Solution

1
A+B\vec{A} + \vec{B} işlemini gerçekleştirmek için vektörlerin x ve y bileşenlerini kendi aralarında toplayın.
A+B=(3+(1),2+4)=(2,2)\vec{A} + \vec{B} = (3 + (-1), -2 + 4) = (2, 2)
İki vektörün toplamı, karşılık gelen bileşenlerinin toplamına eşittir.
2
BC\vec{B} - \vec{C} işlemini gerçekleştirmek için B\vec{B} vektörünün bileşenlerinden C\vec{C} vektörünün bileşenlerini çıkarın.
BC=(12,43)=(3,1)\vec{B} - \vec{C} = (-1 - 2, 4 - 3) = (-3, 1)
Vektör çıkarmada, çıkarılan vektörün bileşenleri ters işaretli olarak toplanır.
3
2A+C2\vec{A} + \vec{C} işlemini gerçekleştirmek için önce A\vec{A} vektörünü 22 ile çarpın, ardından C\vec{C} vektörünü ekleyin.
2A+C=(2×3+2,2×(2)+3)=(8,1)2\vec{A} + \vec{C} = (2 \times 3 + 2, 2 \times (-2) + 3) = (8, -1)
Bir vektörün skalerle çarpımı tüm bileşenlerinin o skalerle çarpılması anlamına gelir.
4
CA\vec{C} - \vec{A} işlemini gerçekleştirmek için C\vec{C} vektörünün bileşenlerinden A\vec{A} vektörünün bileşenlerini çıkarın.
CA=(23,3(2))=(1,5)\vec{C} - \vec{A} = (2 - 3, 3 - (-2)) = (-1, 5)
Çıkarma işlemi yapılırken y bileşenindeki eksi işaretlerinin çarpımına (3(2)=53 - (-2) = 5) dikkat edilmelidir.

Key Concept

İki boyutlu kartezyen koordinat sisteminde vektörlerin bileşenlerine ayrılması, toplanması, çıkarılması ve skalerle çarpımı.
Estimated Time:2m 0s
Question 6Question

Yatay ve sürtünmesiz bir zemin üzerinde yan yana duran iki kutudan biri diğerine yatay doğrultuda doğu yönünde 12 N12\text{ N} büyüklüğünde bir etki kuvveti uygulamaktadır.

Buna göre, diğer kutunun bu kutuya uyguladığı tepki kuvvetinin yönü ve büyüklüğü aşağıdakilerden hangisinde doğru verilmiştir?

Show answer & explanation

Answer: Batı yönünde, 12 N12\text{ N}

Answer

Batı yönünde, 12 N12\text{ N}
Newton'ın Üçüncü Hareket Yasası'na göre, temas halindeki iki cisimden birinin diğerine uyguladığı etki kuvvetine karşılık, diğer cisim de birinciye eşit büyüklükte fakat zıt yönde bir tepki kuvveti uygular. Kutulardan birinin diğerine uyguladığı etki kuvveti doğu yönünde ve 12 N12\text{ N} büyüklüğünde ise, diğer kutunun uyguladığı tepki kuvveti de batı yönünde ve 12 N12\text{ N} büyüklüğünde olmalıdır. Dolayısıyla doğru seçenek batı yönünde, 12 N12\text{ N} ifadesini içeren seçenektir.

Step-by-Step Solution

1
Newton'ın Üçüncü Hareket Yasası'nı (Etki-Tepki Yasası) hatırlamak.
Etki ve tepki kuvvetleri her zaman eşit büyüklükte ve zıt yönlerdedir: Fetki=Ftepki\vec{F}_{\text{etki}} = -\vec{F}_{\text{tepki}} ifadesi geçerlidir.
İki kutu arasındaki temas kuvvetlerinin yön ve büyüklük ilişkisini belirlemek için bu yasa kullanılır.
2
Verilen etki kuvveti değerlerini tepki kuvveti bağıntısına uygulamak.
Etki kuvveti doğu yönünde 12 N12\text{ N} büyüklüğünde olduğuna göre, tepki kuvveti batı yönünde ve 12 N12\text{ N} büyüklüğünde olmalıdır.
Soruda istenen tepki kuvvetinin fiziksel özelliklerini doğrudan bulmak için.

Key Concept

Newton'ın Üçüncü Hareket Yasası (Etki-Tepki Yasası)
Estimated Time:45s
Question 7Question

Aynı düzlemde bulunan ve birim vektörler cinsinden tanımlanan u\vec{u}, v\vec{v} ve w\vec{w} vektörleri ile yapılan bazı işlemler sol sütunda, bu işlemler sonucunda elde edilen bileşke vektörlerin büyüklükleri ise sağ sütunda karışık olarak verilmiştir. Sol sütundaki işlemler ile sağ sütundaki büyüklükleri doğru bir şekilde eşleştiriniz.

Click a left item, then click its matching right item

Items

u+v\vec{u} + \vec{v}
uv\vec{u} - \vec{v}
u+2v+w\vec{u} + 2\vec{v} + \vec{w}
w2u2v\vec{w} - 2\vec{u} - 2\vec{v}
2w3u2\vec{w} - 3\vec{u}

Matches

Show answer & explanation

Answer

u+v\vec{u} + \vec{v} işlemi 55 birim ile, uv\vec{u} - \vec{v} işlemi 1313 birim ile, u+2v+w\vec{u} + 2\vec{v} + \vec{w} işlemi 1717 birim ile, w2u2v\vec{w} - 2\vec{u} - 2\vec{v} işlemi 77 birim ile ve 2w3u2\vec{w} - 3\vec{u} işlemi 66 birim ile eşleşir.
Verilen vektörlerin analitik bileşenleri işlem yönergelerine göre toplanıp çıkarıldıktan sonra elde edilen sonuçların büyüklükleri Pisagor bağıntısı yardımıyla doğru olarak hesaplanmış ve eşleştirilmiştir.

Step-by-Step Solution

1
Vektörlerin koordinat bileşenlerini belirleme
Tanımlanan birim vektörlere göre u=(4,8)\vec{u} = (4, 8), v=(1,4)\vec{v} = (-1, -4) ve w=(6,15)\vec{w} = (6, 15) vektör bileşenleri elde edilir.
Vektörel toplama ve çıkarma işlemlerini analitik yöntem kullanarak daha kolay ve hatasız gerçekleştirmek.
2
Vektörel işlemlerin sonucunda oluşan yeni vektörleri hesaplama
Birinci işlem: (3,4)(3, 4), İkinci işlem: (5,12)(5, 12), Üçüncü işlem: (8,15)(8, 15), Dördüncü işlem: (0,7)(0, 7) ve Beşinci işlem: (0,6)(0, 6) bileşke vektörleri bulunur.
İşlem sonucu elde edilen bileşke vektörlerin xx ve yy eksenlerindeki iz düşümlerini bulmak.
3
Sonuç vektörlerinin büyüklüklerini hesaplama
Hesaplanan bileşenler yardımıyla sırasıyla 55, 1313, 1717, 77 ve 66 birim büyüklükleri elde edilir.
Bileşenleri bilinen bir vektörün büyüklüğünü hesaplamak için Pisagor bağıntısını (R=Rx2+Ry2R = \sqrt{R_x^2 + R_y^2}) uygulamak.

Key Concept

İki boyutlu kartezyen koordinat sisteminde vektörlerin analitik yöntemle toplanması, çıkarılması, skaler sayı ile çarpılması ve bileşke vektörün büyüklüğünün hesaplanması.
Question 8Question

Düz bir yolda +20 m/s+20\text{ m/s} sabit hızla ilerleyen bir araç, sürücüsünün frene basmasıyla 4 m/s2-4\text{ m/s}^2 büyüklüğünde sabit ivmeyle yavaşlamaya başlamaktadır.

Buna göre, araç yavaşlamaya başladıktan sonraki ilk 3 s3\text{ s} içinde kaç metre yer değiştirmiştir?

Show answer & explanation

Answer: 42

Answer

Aracın ilk 3 s3\text{ s} içindeki yer değiştirmesi 42 m42\text{ m}'dir.
Aracın hareketi sabit ivmeli yavaşlayan harekettir. Başlangıç hızı v0=20 m/sv_0 = 20\text{ m/s} ve ivmesi a=4 m/s2a = -4\text{ m/s}^2 olan araç için yer değiştirme formülü Δx=v0t12at2\Delta x = v_0 t - \frac{1}{2}|a|t^2 şeklindedir. t=3 st = 3\text{ s} için değerler yerine yazıldığında yer değiştirme 42 m42\text{ m} olarak hesaplanır.

Step-by-Step Solution

1
İlk hız, zaman ve ivme değerlerini yer değiştirme formülünde yerine yazın.
Yer değiştirme formülü: Δx=v0t+12at2\Delta x = v_0 t + \frac{1}{2} a t^2. Verilenler: v0=20 m/sv_0 = 20\text{ m/s}, t=3 st = 3\text{ s}, a=4 m/s2a = -4\text{ m/s}^2. Formüle yerleştirildiğinde: Δx=20×3+12×(4)×32\Delta x = 20 \times 3 + \frac{1}{2} \times (-4) \times 3^2 elde edilir.
Sabit ivmeli doğrusal harekette yer değiştirme bu hareket denklemiyle hesaplanır.
2
Matematiksel işlemleri gerçekleştirin.
Δx=6018=42 m\Delta x = 60 - 18 = 42\text{ m} bulunur.
İlk terim olan 60 m60\text{ m} ilk hızla alınan yolu, ikinci terim olan 18 m-18\text{ m} ise yavaşlamadan kaynaklanan azalmayı gösterir.

Key Concept

Sabit ivmeli harekette yer değiştirme ve hareket denklemleri

Alternative Method

Ortalama hız formülü kullanılarak da çözülebilir. Aracın ilk hızı vilk=20 m/sv_{ilk} = 20\text{ m/s} ve 3 s3\text{ s} sonraki son hızı vson=204×3=8 m/sv_{son} = 20 - 4 \times 3 = 8\text{ m/s}'dir. Sabit ivmeli harekette ortalama hız vort=vilk+vson2=20+82=14 m/sv_{ort} = \frac{v_{ilk} + v_{son}}{2} = \frac{20 + 8}{2} = 14\text{ m/s} olur. Buradan yer değiştirme Δx=vort×t=14×3=42 m\Delta x = v_{ort} \times t = 14 \times 3 = 42\text{ m} olarak bulunur.
Estimated Time:1m 30s
Question 9Question

Yatay ve sürtünmeli bir düzlemde durmakta olan 2 kg2\text{ kg} kütleli bir cisme, yola paralel 10 N10\text{ N} büyüklüğünde sabit bir kuvvet uygulanmaktadır. Cismin hareket ettiği yüzey ile arasındaki kinetik sürtünme katsayısı 020{}2 olduğuna göre, cisim bu kuvvet etkisinde 5 m5\text{ m} yer değiştirdiğinde cisim üzerinde yapılan net iş kaç joule (J\text{J}) olur? (g=10 m/s2g = 10\text{ m/s}^2 alınız.)

Show answer & explanation

Answer: 30

Answer

Yapılan net iş 30 J'dür.
Cisme etki eden kinetik sürtünme kuvveti 4 N4\text{ N}'dur. Uygulanan 10 N10\text{ N}'luk kuvvet ile sürtünme kuvvetinin farkı alınarak net kuvvet 6 N6\text{ N} olarak bulunur. Bu net kuvvetin 5 m5\text{ m} yer değiştirme boyunca yaptığı net iş 30 J30\text{ J} olur.

Step-by-Step Solution

1
Kinetik sürtünme kuvvetinin büyüklüğünü hesaplayınız.
fk=μmg=02210=4 Nf_k = \mu \cdot m \cdot g = 0{}2 \cdot 2 \cdot 10 = 4\text{ N}
Sürtünmeli yüzeyde hareket eden cisimlerin üzerindeki sürtünme kuvveti, hareket doğrultusuna zıt yönde etki eder.
2
Cisme etki eden net kuvveti bulunuz.
Fnet=Ffk=104=6 NF_{\text{net}} = F - f_k = 10 - 4 = 6\text{ N}
Sürtünme kuvveti harekete zıt yönlü olduğu için net kuvvet bulunurken uygulanan kuvvetten çıkarılır.
3
Net kuvvetin yaptığı net işi hesaplayınız.
Wnet=FnetΔx=65=30 JW_{\text{net}} = F_{\text{net}} \cdot \Delta x = 6 \cdot 5 = 30\text{ J}
Net iş, cisme etki eden net kuvvet ile yer değiştirme miktarının çarpılmasıyla bulunur.

Key Concept

Net iş, cisme etki eden net kuvvetin yaptığı işe eşittir. Sürtünmeli ortamlarda sürtünme kuvvetinin yaptığı negatif iş de net iş hesaplanırken dikkate alınmalıdır.
Question 10Question

Bir metro istasyonunda durgun halden doğrusal bir ray boyunca harekete başlayan tren, 2 m/s22\text{ m/s}^2 büyüklüğünde sabit ivmeyle hızlanmaktadır. Buna göre, trenin harekete başladıktan sonraki ilk 6 s6\text{ s} içinde aldığı yol kaç metredir?

Show answer & explanation

Answer: 3636

Answer

Trenin ilk 6 saniyede aldığı yol 36 metredir.
Durgun halden sabit ivmeyle harekete başlayan bir cismin aldığı yol x=12at2x = \frac{1}{2}at^2 formülü ile hesaplanır. İvme a=2 m/s2a = 2\text{ m/s}^2 ve süre t=6 st = 6\text{ s} değerleri yerine yazıldığında alınan yol 36 m36\text{ m} olarak bulunur.

Step-by-Step Solution

1
Trenin 6. saniyedeki son hızını hesaplayın.
vson=at=2 m/s2×6 s=12 m/sv_{son} = a \cdot t = 2\text{ m/s}^2 \times 6\text{ s} = 12\text{ m/s}
Sabit ivmeli harekette hız, ivme ile zamanın çarpımına eşittir.
2
Hız-zaman grafiğinin altında kalan alanı hesaplayarak alınan yolu bulun.
x=12vsont=12×12 m/s×6 s=36 mx = \frac{1}{2} \cdot v_{son} \cdot t = \frac{1}{2} \times 12\text{ m/s} \times 6\text{ s} = 36\text{ m}
Durgun halden başlayan sabit ivmeli harekette alınan yol, hız-zaman grafiğinin altında kalan üçgensel bölgenin alanına eşittir.

Key Concept

Durgun halden başlayan sabit ivmeli harekette alınan yol ve hız-zaman ilişkisi
Question 11Question

Rüzgarlı bir günde, rüzgar yere göre doğu yönünde vv büyüklüğünde sabit hızla esmektedir. Bu havada uçan bir helikopterin havaya göre hız vektörü güney yönünde vv büyüklüğündedir. Yerde doğu yönünde sabit hızla gitmekte olan bir motosikletin sürücüsü, helikopterin hareket yönünü güneybatı olarak algılamaktadır.

Buna göre, motosikletin yere göre hızının büyüklüğü kaç vv'dir?

Show answer & explanation

Answer: 22

Answer

Motosikletin yere göre hızının büyüklüğü 2v'dir.
Motosiklet sürücüsüne göre helikopterin bağıl hızı vhm=vhvm\vec{v}_{hm} = \vec{v}_h - \vec{v}_m formülüyle bulunur. Helikopterin yere göre hızı, rüzgar hızı ile havaya göre hızının toplamı olan vi^vj^v\hat{i} - v\hat{j} vektörüdür. Motosikletin hızı ise vmi^v_m\hat{i}'dir. Bu durumda bağıl hız (vvm)i^vj^(v - v_m)\hat{i} - v\hat{j} olur. Bu hızın güneybatı (yani batı ile güneyin tam ortası) yönünde olması için batı bileşeninin büyüklüğü ile güney bileşeninin büyüklüğü eşit olmalıdır. y bileşeni v-v olduğundan, x bileşeninin de v-v olması gerekir. Buradan vvm=v    vm=2vv - v_m = -v \implies v_m = 2v elde edilir.

Step-by-Step Solution

1
Helikopterin yere göre hız vektörünü (vh\vec{v}_h) rüzgar hızı ve havaya göre hızını toplayarak bulunuz.
vh=vi^vj^\vec{v}_h = v\hat{i} - v\hat{j}
Helikopterin yere göre hızı, havaya göre hızı ile rüzgar hızının vektörel toplamıdır.
2
Motosikletin yere göre hız vektörünü (vm\vec{v}_m) tanımlayınız.
vm=vmi^\vec{v}_m = v_m\hat{i}
Motosikletin doğu yönünde sabit hızla hareket ettiği belirtilmiştir.
3
Motosiklet sürücüsüne göre helikopterin bağıl hız vektörünü (vhm\vec{v}_{hm}) yazınız.
vhm=vhvm=(vvm)i^vj^\vec{v}_{hm} = \vec{v}_h - \vec{v}_m = (v - v_m)\hat{i} - v\hat{j}
Bağıl hız, gözlenenin hızından gözlemcinin hızının çıkarılmasıyla elde edilir.
4
Bağıl hızın güneybatı yönünde olması koşulunu uygulayarak motosikletin hızını (vmv_m) çekiniz.
vm=2vv_m = 2v
Bağıl hızın güneybatı yönünde olması için batı ve güney bileşenlerinin büyüklüklerinin eşit olması gerekir. y bileşeni v-v olduğuna göre x bileşeni de v-v olmalıdır: vvm=v    vm=2vv - v_m = -v \implies v_m = 2v.

Key Concept

Bağıl Hareket ve Vektörel Hız Analizi
Estimated Time:2m 0s
Question 12Question

Yatay düzlemde hareket etmekte olan KK, LL ve MM araçlarının hız vektörleri ile ilgili aşağıdaki bilgiler verilmektedir:

* KK aracının LL aracına göre hız vektörü Kuzey yönünde vv büyüklüğündedir (vKL=vj^\vec{v}_{KL} = v\hat{j}).
* LL aracının MM aracına göre hız vektörü Doğu yönünde vv büyüklüğündedir (vLM=vi^\vec{v}_{LM} = v\hat{i}).
* MM aracının yere göre hız vektörü Güney yönünde vv büyüklüğündedir (vM=vj^\vec{v}_{M} = -v\hat{j}).

Buna göre, sol sütunda verilen bağıl ve yere göre hız durumlarını sağ sütundaki doğru büyüklük ve yön ifadeleriyle eşleştiriniz.

Click a left item, then click its matching right item

Items

MM aracındaki gözlemciye göre KK aracının hız vektörü
KK aracındaki gözlemciye göre LL aracının hız vektörü
LL aracının yere göre hız vektörü
Yere göre Kuzey yönünde vv hızıyla uçan bir kuşun KK aracındaki gözlemciye göre hız vektörü

Matches

Show answer & explanation

Answer

M aracındaki gözlemciye göre K aracının hız vektörü Kuzeydoğu yönünde v2v\sqrt{2}'dir; K aracındaki gözlemciye göre L aracının hız vektörü Güney yönünde vv'dir; L aracının yere göre hız vektörü Güneydoğu yönünde v2v\sqrt{2}'dir; Yere göre Kuzey yönünde vv hızıyla uçan kuşun K aracındaki gözlemciye göre hız vektörü Kuzeybatı yönünde v2v\sqrt{2}'dir.
Verilen bağıl hız bağıntılarından yararlanılarak tüm araçların yere göre hız vektörleri doğru bir şekilde tanımlanmıştır. Bağıl hız formülü olan vbag˘ıl=vgo¨zlenenvgo¨zlemci\vec{v}_{bağıl} = \vec{v}_{gözlenen} - \vec{v}_{gözlemci} vektörel işlemi uygulandığında bağıl hız vektörlerinin yönleri ve büyüklükleri hatasız olarak eşleşmektedir.

Step-by-Step Solution

1
Doğu yönünü +x+x ekseni (i^\hat{i}), Kuzey yönünü +y+y ekseni (j^\hat{j}) olarak tanımlayarak araçların bağıl hız denklemlerini yazmak.
MM aracının yere göre hızı: vM=vj^\vec{v}_M = -v\hat{j} (Güney yönü)
LL aracının MM aracına göre hızı: vLM=vLvM=vi^\vec{v}_{LM} = \vec{v}_L - \vec{v}_M = v\hat{i} (Doğu yön��)
KK aracının LL aracına göre hızı: vKL=vKvL=vj^\vec{v}_{KL} = \vec{v}_K - \vec{v}_L = v\hat{j} (Kuzey yönü)
Hız büyüklükleri ve yönleri arasındaki ilişkileri vektörel olarak çözebilmek için ortak bir koordinat sistemi kurmak gerekir.
2
LL aracının yere göre hız vektörünü hesaplamak.
vL=vM+vLM=vj^+vi^=vi^vj^\vec{v}_L = \vec{v}_M + \vec{v}_{LM} = -v\hat{j} + v\hat{i} = v\hat{i} - v\hat{j}
Bu vektörün yönü Güneydoğu, büyüklüğü ise v2+(v)2=v2\sqrt{v^2 + (-v)^2} = v\sqrt{2}'dir.
LL aracının diğer gözlemcilere göre bağıl hızını ve kendi yere göre hızını bulmak için öncelikle bu vektörün elde edilmesi gerekir.
3
KK aracının yere göre hız vektörünü hesaplamak.
vK=vL+vKL=(vi^vj^)+vj^=vi^\vec{v}_K = \vec{v}_L + \vec{v}_{KL} = (v\hat{i} - v\hat{j}) + v\hat{j} = v\hat{i}
Bu vektörün yönü Doğu, büyüklüğü ise vv'dir.
KK aracındaki gözlemcinin diğer hareketlileri hangi hızla gördüğünü bulmak için KK'nin yere göre hızının bilinmesi gerekir.
4
Eşleştirilmesi istenen bağıl hız durumlarını tek tek hesaplamak.
1. durum: vKM=vKvM=vi^(vj^)=vi^+vj^\vec{v}_{KM} = \vec{v}_K - \vec{v}_M = v\hat{i} - (-v\hat{j}) = v\hat{i} + v\hat{j} (Kuzeydoğu, v2v\sqrt{2})
2. durum: vLK=vLvK=(vi^vj^)vi^=vj^\vec{v}_{LK} = \vec{v}_L - \vec{v}_K = (v\hat{i} - v\hat{j}) - v\hat{i} = -v\hat{j} (Güney, vv)
3. durum: vL=vi^vj^\vec{v}_L = v\hat{i} - v\hat{j} (Güneydoğu, v2v\sqrt{2})
4. durum: vkus\c,K=vkus\cvK=vj^vi^\vec{v}_{kuş, K} = \vec{v}_{kuş} - \vec{v}_K = v\hat{j} - v\hat{i} (Kuzeybatı, v2v\sqrt{2})
Her bir gözlemci ve gözlenen çifti için vbag˘ıl=vgo¨zlenenvgo¨zlemci\vec{v}_{bağıl} = \vec{v}_{gözlenen} - \vec{v}_{gözlemci} formülü uygulanarak doğru eşleşmeler elde edilir.

Key Concept

Bağıl Hareket ve Vektörel Hız Analizi

Alternative Method

Bağıl hız vektörlerini bulurken çıkarma işlemi yerine vektör ekleme yöntemi kullanılabilir. Bağıl hız vbag˘ıl=vgo¨zlenen+(vgo¨zlemci)\vec{v}_{bağıl} = \vec{v}_{gözlenen} + (-\vec{v}_{gözlemci}) şeklinde yazılabilir. Bu yöntemde gözlemcinin hız vektörü ters çevrilip gözlenenin hız vektörünün başlangıç noktasına eklenir ve başlangıçtan bitişe çizilen vektör bağıl hızı verir. Örneğin, M gözlemcisinin hızı Güney yönünde vv olduğundan tersi Kuzey yönünde vv'dir. Bu vektör, K'nin Doğu yönündeki vv hız vektörü ile uca eklenerek toplandığında doğrudan Kuzeydoğu yönünde v2v\sqrt{2} büyüklüğü elde edilir.
Estimated Time:3m 0s
Question 13Question

Sürtünme katsayısının k=0,3k = 0,3 olduğu yatay bir düzlemde durmakta olan 2 kg2\text{ kg} kütleli bir kutuya, yola paralel ve 10 N10\text{ N} büyüklüğünde sabit bir FF kuvveti uygulanıyor. Buna göre, kutunun harekete başlamasından 4 s4\text{ s} sonra, FF kuvvetinin kutuya aktardığı anlık güç kaç watt\text{watt} olur? (Yer çekimi ivmesini g=10 m/s2g = 10\text{ m/s}^2 alınız.)

Show answer & explanation

Answer: 80

Answer

Uygulanan kuvvetin anlık gücü 80 watt olur.
Kutunun ivmesi 2 m/s22\text{ m/s}^2 olup 4 s4\text{ s} sonunda hızı 8 m/s8\text{ m/s}'ye ulaşır. FF kuvvetinin bu andaki gücü, kuvvet ile hızın çarpımı olan 80 W80\text{ W} değerine eşittir.

Step-by-Step Solution

1
Kutuya etki eden sürtünme kuvvetini hesaplayın.
fs=kmg=0,3210=6 Nf_s = k \cdot m \cdot g = 0,3 \cdot 2 \cdot 10 = 6\text{ N}
Sürtünmeli yüzeyde hareket eden cisimlerin ivmesini bulabilmek için sürtünme kuvveti büyüklüğü gereklidir.
2
Net kuvveti ve kutunun ivmesini bulun.
Fnet=Ffs=106=4 NF_{net} = F - f_s = 10 - 6 = 4\text{ N} ve a=Fnetm=42=2 m/s2a = \frac{F_{net}}{m} = \frac{4}{2} = 2\text{ m/s}^2
Newton'ın ikinci hareket yasası uyarınca net kuvvet, kutunun ivmesini belirler.
3
Kutunun 4 s4\text{ s} sonraki anlık hızını hesaplayın.
v=at=24=8 m/sv = a \cdot t = 2 \cdot 4 = 8\text{ m/s}
Durgun halden sabit ivmeyle hızlanan cismin anlık hızı, ivme ile zamanın çarpımına eşittir.
4
FF kuvvetinin anlık gücünü hesaplayın.
P=Fv=108=80 WP = F \cdot v = 10 \cdot 8 = 80\text{ W}
Bir kuvvetin herhangi bir andaki gücü, o kuvvet ile cismin o andaki hızının çarpımına eşittir.

Key Concept

Bir kuvvetin yaptığı anlık güç, o kuvvet ile cismin o andaki hızının çarpımı ile bulunur (P=FvP = F \cdot v). Net kuvvet ise ivmeyi belirler ve hızın zamanla değişimine sebep olur.
Estimated Time:2m 0s
Question 14Question

Sürtünmesiz yatay bir düzlemde durmakta olan bir kutuya, aynı doğrultuda fakat zıt yönlerde F1=12 NF_1 = 12\text{ N} ve F2=4 NF_2 = 4\text{ N} büyüklüğünde iki yatay kuvvet uygulanmaktadır. Kutu, bu kuvvetlerin etkisinde F1F_1 kuvveti yönünde 5 m5\text{ m} yer değiştirmektedir. Buna göre, bu süreçte kutu üzerinde yapılan net iş kaç joule'dür?

Show answer & explanation

Answer: 40

Answer

Yapılan net iş 40 joule'dür.
Kutuya zıt yönlerde etki eden 12 N ve 4 N büyüklüğündeki kuvvetlerin oluşturduğu net kuvvet 8 N büyüklüğündedir. Kutunun 5 m yer değiştirmesi sürecinde yapılan net iş ise net kuvvet ile yolun çarpımından 40 J olarak elde edilir.

Step-by-Step Solution

1
Kutuya etki eden net kuvvetin büyüklüğü hesaplanır.
Fnet=F1F2=12 N4 N=8 NF_{\text{net}} = F_1 - F_2 = 12\text{ N} - 4\text{ N} = 8\text{ N}
Kuvvetler zıt yönlü olduğundan net kuvvet, büyük kuvvetten küçük kuvvet çıkarılarak bulunur.
2
Net kuvvetin yaptığı iş, net kuvvet ile yer değiştirmenin çarpımıyla hesaplanır.
Wnet=Fnet×Δx=8 N×5 m=40 JW_{\text{net}} = F_{\text{net}} \times \Delta x = 8\text{ N} \times 5\text{ m} = 40\text{ J}
Bir cisim üzerinde yapılan net iş, cismin maruz kaldığı net kuvvet ile yer değiştirme miktarının çarpımına eşittir.

Key Concept

Net iş, net kuvvet ile yer değiştirme miktarının çarpımına eşittir (Wnet=FnetΔxW_{\text{net}} = F_{\text{net}} \cdot \Delta x).
Estimated Time:45s
Question 15Question

Doğrusal bir yolda durgun halden sabit 4 m/s24\text{ m/s}^2 büyüklüğündeki ivmeyle hızlanmaya başlayan bir aracın, hareketinin ilk 3 s3\text{ s} saniyesinde aldığı yol kaç metredir?

Show answer & explanation

Answer: 18

Answer

Aracın hareketinin ilk 3 saniyesinde aldığı yol 18 metredir.
Durgun halden başlayan ve sabit ivmeyle hızlanan bir cismin aldığı yol x=12at2x = \frac{1}{2}at^2 formülü ile bulunur. İvme değeri 4 m/s24\text{ m/s}^2 ve süre 3 s3\text{ s} olarak formüle yerleştirildiğinde 18 m18\text{ m} sonucuna ulaşılır. Alternatif olarak, hız-zaman grafiğinin altındaki alan hesaplandığında da aynı sonuç elde edilir. Aracın 3 s3\text{ s} sonundaki hızı v=at=12 m/sv = a \cdot t = 12\text{ m/s} olup, hız-zaman grafiğinin altında kalan üçgenin alanı 1232=18 m\frac{12 \cdot 3}{2} = 18\text{ m} olarak bulunur.

Step-by-Step Solution

1
Sabit ivmeli doğrusal hareket için konum bağıntısını yazmak.
x=12at2x = \frac{1}{2}at^2 formülü kullanılır.
Durgun halden başlayan sabit ivmeli harekette konum zamanla karesel olarak değişir.
2
Verilen ivme ve zaman değerlerini formülde yerine koymak.
x=12432=29=18 mx = \frac{1}{2} \cdot 4 \cdot 3^2 = 2 \cdot 9 = 18\text{ m}
Soruda verilen ivme a=4 m/s2a = 4\text{ m/s}^2 ve süre t=3 st = 3\text{ s} değerleri yerine yazılarak sonuca ulaşılır.

Key Concept

Sabit ivmeli doğrusal harekette konum-zaman ilişkisi

Alternative Method

Aracın hız-zaman grafiğini çizerek altındaki alanı hesaplayabilirsiniz. Durgun halden başlayan aracın 3 s3\text{ s} sonundaki hızı v=at=43=12 m/sv = a \cdot t = 4 \cdot 3 = 12\text{ m/s} olur. Grafikteki üçgenin alanı Alan=1232=18 m\text{Alan} = \frac{12 \cdot 3}{2} = 18\text{ m} olarak bulunur.
Estimated Time:45s
Question 16Question

Akıntı hızının büyüklüğünün her yerde sabit ve kıyıya paralel olduğu bir nehirde, suya göre sabit sırasıyla vK\vec{v}_K ve vL\vec{v}_L hızlarıyla hareket eden iki yüzücünün birbirine göre bağıl hız vektörü, akıntı hızının büyüklüğünün veya yönünün değişmesinden etkilenmez.

Show answer & explanation

Answer: True

Answer

İfade doğrudur. Akıntı hızı her iki yüzücünün yere göre hız vektörüne aynı şekilde eklendiğinden, birbirlerine göre bağıl hızları hesaplanırken yapılan vektörel çıkarma işleminde akıntı hızı vektörleri birbirini götürür ve bağıl hız sadece suya göre hız vektörlerinin farkına eşit kalır.
Ortak referans sistemine ait olan akıntı hızının, yüzücülerin birbirine göre bağıl hızları hesaplanırken yapılan vektörel çıkarma işleminde sadeleşmesi.

Step-by-Step Solution

1
Yüzücülerin yere göre hız vektörlerini akıntı hızı cinsinden ifade etme
vK,yer=vK+va\vec{v}_{K,\text{yer}} = \vec{v}_K + \vec{v}_a ve vL,yer=vL+va\vec{v}_{L,\text{yer}} = \vec{v}_L + \vec{v}_a
Yere göre hız, hareketlinin kendi hızı (suya göre hızı) ile içinde bulunduğu ortamın hızının (akıntı hızı) vektörel toplamıdır.
2
Bağıl hız bağıntısını yazarak yere göre hız ifadelerini yerine koyma
vKL=vK,yervL,yer=(vK+va)(vL+va)\vec{v}_{KL} = \vec{v}_{K,\text{yer}} - \vec{v}_{L,\text{yer}} = (\vec{v}_K + \vec{v}_a) - (\vec{v}_L + \vec{v}_a)
Bağıl hız, gözlenenin yere göre hız vektöründen gözlemcinin yere göre hız vektörünün çıkarılmasıyla bulunur.
3
Vektörel çıkarma işlemini gerçekleştirerek ifadeyi sadeleştirme
vKL=vKvL\vec{v}_{KL} = \vec{v}_K - \vec{v}_L
Parantezler açıldığında va\vec{v}_a terimleri birbirini sadeleştirir.
4
Sadeleşen ifadeden fiziksel yorum çıkarma
Bağıl hız vektörü sadece yüzücülerin suya göre hızlarına bağlıdır; akıntı hızından bağımsızdır.
Elde edilen son bağıntıda akıntı hızına (va\vec{v}_a) dair hiçbir değişken kalmamıştır.

Key Concept

Bağıl hızın vektörel çıkarma işlemiyle tanımlanması ve ortak referans sistemi hızının bağıl hıza etkisinin olmaması.
Question 17Question

Aynı yatay düzlemde sabit hızlarla hareket eden KK, LL ve MM araçlarının yere göre hız vektörleri Kartezyen koordinat sisteminde vK=2i+3j\vec{v}_K = 2\vec{i} + 3\vec{j}, vL=i+2j\vec{v}_L = -\vec{i} + 2\vec{j} ve vM=3ij\vec{v}_M = 3\vec{i} - \vec{j} olarak verilmektedir. Buna göre, sol sütunda belirtilen araçlardaki gözlemcilerin diğer araçları hangi bağıl hız vektörleriyle gördüğünü belirleyerek doğru eşleştirmeleri yapınız.

Click a left item, then click its matching right item

Items

KK aracındaki gözlemciye göre LL aracının hızı
LL aracındaki gözlemciye göre MM aracının hızı
MM aracındaki gözlemciye göre KK aracının hızı

Matches

Show answer & explanation

Answer

Birinci öncül 3ij-3\vec{i} - \vec{j} vektörü ile, ikinci öncül 4i3j4\vec{i} - 3\vec{j} vektörü ile, üçüncü öncül ise i+4j-\vec{i} + 4\vec{j} vektörü ile eşleşir.
Bağıl hız, gözlenen cismin hız vektöründen gözlemcinin hız vektörü çıkarılarak bulunur. KK'ye göre LL'nin hızı vLvK\vec{v}_L - \vec{v}_K, LL'ye göre MM'nin hızı vMvL\vec{v}_M - \vec{v}_L, MM'ye göre KK'nin hızı ise vKvM\vec{v}_K - \vec{v}_M formülleriyle hesaplanıp doğru vektörlerle eşleştirilir.

Step-by-Step Solution

1
KK aracındaki gözlemciye göre LL aracının bağıl hızını bulmak için bağıl hız formülünü uygulayınız.
vLK=vLvK=(i+2j)(2i+3j)=3ij\vec{v}_{LK} = \vec{v}_L - \vec{v}_K = (-\vec{i} + 2\vec{j}) - (2\vec{i} + 3\vec{j}) = -3\vec{i} - \vec{j}
Bağıl hız, gözlenenin hız vektöründen gözlemcinin hız vektörünün çıkarılmasıyla bulunur. Burada gözlemci KK aracıdır.
2
LL aracındaki gözlemciye göre MM aracının bağıl hızını bulmak için bağıl hız formülünü uygulayınız.
vML=vMvL=(3ij)(i+2j)=4i3j\vec{v}_{ML} = \vec{v}_M - \vec{v}_L = (3\vec{i} - \vec{j}) - (-\vec{i} + 2\vec{j}) = 4\vec{i} - 3\vec{j}
Bu durumda gözlemci LL aracı, gözlenen MM aracıdır. vML=vMvL\vec{v}_{ML} = \vec{v}_M - \vec{v}_L işlemi yapılır.
3
MM aracındaki gözlemciye göre KK aracının bağıl hızını bulmak için bağıl hız formülünü uygulayınız.
vKM=vKvM=(2i+3j)(3ij)=i+4j\vec{v}_{KM} = \vec{v}_K - \vec{v}_M = (2\vec{i} + 3\vec{j}) - (3\vec{i} - \vec{j}) = -\vec{i} + 4\vec{j}
Bu durumda gözlemci MM aracı, gözlenen KK aracıdır. vKM=vKvM\vec{v}_{KM} = \vec{v}_K - \vec{v}_M işlemi yapılır.

Key Concept

İki boyutta bağıl hareket ve vektörel fark işlemi
Estimated Time:2m 0s
Question 18Question

Düşey doğrultuda duran ideal ve kütlesi önemsiz bir yayın üst ucunun tavana sabitlendiği bir sistemde, yayın alt ucuna mm kütleli bir cisim bağlanarak serbest bırakılıyor. Cisim, yer çekimi etkisiyle düşey doğrultuda aşağı doğru hareket ederek yayı en fazla xx kadar uzatıyor ve bu noktada anlık olarak duruyor.

Buna göre, cismin serbest bırakıldığı andan yayı en fazla uzattığı ana kadar geçen süreçle ilgili;

I. Kinetik enerjisinin en büyük olduğu anda yaydaki uzama miktarı x2\frac{x}{2} kadardır.
II. Cismin hareketi boyunca cismin mekanik enerjisi korunmuştur.
III. Cisim maksimum uzama noktasına ulaştığında, yer çekimi kuvvetinin cisim üzerinde yaptığı iş, yay kuvvetinin yaptığı işe büyüklükçe eşittir.

yargılarından hangileri doğrudur? (Sürtünmeler ve havanın direnci önemsizdir.)

Show answer & explanation

Answer: I ve III

Answer

Birinci ve üçüncü öncüllerin doğru, ikinci öncülün ise yanlış olduğunu belirten seçenek doğru cevaptır.
Cisim net kuvvetin sıfır olduğu denge konumunda maksimum hıza ve dolayısıyla maksimum kinetik enerjiye ulaşır. Denge konumundaki uzama miktarı y=mgky = \frac{mg}{k} olup maksimum uzama miktarı olan x=2mgkx = \frac{2mg}{k} değerinin yarısına eşittir. Cismin ilk ve son hızları sıfır olduğundan net kuvvetin yaptığı iş sıfırdır, bu da yer çekimi kuvvetinin yaptığı iş ile yay kuvvetinin yaptığı işin büyüklükçe eşit olduğunu gösterir. Yay kuvveti cisim üzerinde negatif iş yaptığından cismin mekanik enerjisi azalır ve korunmaz. Bu nedenle birinci ve üçüncü ifadelerin yer aldığı seçenek doğrudur.

Step-by-Step Solution

1
Cismin maksimum uzama miktarı ile sistem parametreleri arasındaki ilişkiyi enerji korunumuyla bulmak.
Cisim serbest bırakılıp maksimum xx kadar uzad��ğında kinetik enerjisi yine sıfır olur. Bu süreçte yer çekimi potansiyel enerjisindeki azalma, yay potansiyel enerjisindeki artışa eşit olur: mgx=12kx2    x=2mgkmgx = \frac{1}{2}kx^2 \implies x = \frac{2mg}{k} elde edilir.
Maksimum uzama noktasındaki sistem durumunu analiz etmek.
2
Cismin hızının ve kinetik enerjisinin en büyük olduğu konumu belirlemek.
Cismin kinetik enerjisinin en büyük olması, hızının maksimum olması demektir. Hızın maksimum olduğu anda ivme sıfırdır, yani net kuvvet sıfırdır: Fnet=mgky=0    y=mgkF_{\text{net}} = mg - ky = 0 \implies y = \frac{mg}{k}. Maksimum uzama x=2mgkx = \frac{2mg}{k} olduğundan, bu konum y=x2y = \frac{x}{2} olarak bulunur. Birinci öncül doğrudur.
Net kuvvetin sıfır olduğu denge konumunun kinetik enerjinin maksimum olduğu anı temsil ettiğini göstermek.
3
Maksimum uzama noktasına kadar yer çekimi kuvveti ve yay kuvvetinin yaptığı işleri iş-enerji teoremiyle karşılaştırmak.
Cisim serbest bırakıldığı anda durmaktadır ve maksimum uzama noktasında da anlık olarak durur. Başlangıç ve son kinetik enerjiler sıfır olduğundan net iş sıfırdır: Wnet=Wg+Ws=0    Wg=WsW_{\text{net}} = W_g + W_s = 0 \implies W_g = -W_s. Buradan yer çekimi kuvvetinin yaptığı işin (mgxmgx) yay kuvvetinin yaptığı işe (12kx2-\frac{1}{2}kx^2) büyüklükçe eşit olduğu görülür. Üçüncü öncül doğrudur.
İş-enerji teoreminden yararlanarak yapılan işleri ilişkilendirmek.
4
Cismin tek başına mekanik enerjisinin korunup korunmadığını analiz etmek.
Mekanik enerji, cismin kinetik enerjisi ile yer çekimi potansiyel enerjisinin toplamıdır. Yay kuvveti cisme dışarıdan uygulanan bir kuvvet olarak davranır ve cismin hareketi yönüne ters yönde etki ederek negatif iş (Ws<0W_s < 0) yapar. Dış kuvvetlerin iş yaptığı durumlarda cismin mekanik enerjisi korunmaz, azalır. İkinci öncül yanlıştır.
Cismin mekanik enerjisinin neden korunmadığını açıklamak.

Key Concept

Düşey yay-sarkaç sistemlerinde iş-enerji ilişkisi, kuvvet dengesi ve mekanik enerjinin korunumu
Estimated Time:2m 30s
Question 19Question

Sürtünmelerin ihmal edildiği bir ortamda, yerde durmakta olan 3 kg3\text{ kg} kütleli bir cisme düşey doğrultuda yukarı doğru 40 N40\text{ N} büyüklüğünde sabit bir kuvvet şekildeki gibi uygulanmaktadır. Cisim bu kuvvetin etkisinde 2 m2\text{ m} yükseltildiğinde, net kuvvetin cisim üzerinde yaptığı iş kaç joule olur? (g=10 m/s2g = 10\text{ m/s}^2)

Show answer & explanation

Answer: 20

Answer

Net kuvvetin yaptığı iş 20 joule'dür.
Net kuvvetin yaptığı iş, net kuvvet ile yer değiştirmenin skaler çarpımıdır. Yukarı yönlü uygulanan kuvvet 40 N, aşağı yönlü ağırlık 30 N olduğundan net kuvvet yukarı yönlü 10 N büyüklüğündedir. 2 m yükseklik değişimi boyunca yapılan net iş 20 J olur.

Step-by-Step Solution

1
Cisme etki eden yer çekimi kuvvetinin (ağırlığının) bulunması
G=mg=310=30 NG = m \cdot g = 3 \cdot 10 = 30\text{ N}
Net kuvveti hesaplamak için cisme etki eden tüm kuvvetleri belirlememiz gerekir. Cismin ağırlığı düşey doğrultuda ve aşağı yönlüdür.
2
Cisme etki eden net kuvvetin bulunması
Fnet=FG=4030=10 NF_{\text{net}} = F - G = 40 - 30 = 10\text{ N} (yukarı yönlü)
Uygulanan kuvvet yukarı doğru, ağırlık ise aşağı doğru olduğundan net kuvvet bu iki kuvvetin farkıdır.
3
Net kuvvetin yaptığı işin hesaplanması
Wnet=Fneth=102=20 JW_{\text{net}} = F_{\text{net}} \cdot h = 10 \cdot 2 = 20\text{ J}
Net kuvvetin yaptığı iş, net kuvvet ile yer değiştirme miktarının çarpımı ile bulunur.

Key Concept

Net kuvvetin yaptığı iş, cismin mekanik enerjisindeki (bu durumda kinetik enerjisindeki) değişime eşittir ve net kuvvet ile yer değiştirmenin çarpımıyla hesaplanır.
Question 20Question

Kuzey yönünde 3v3v büyüklüğünde sabit hızla hareket eden bir trenin içerisinde, trene göre doğu yönünde 4v4v büyüklüğünde sabit hızla yürüyen bir yolcu bulunmaktadır. Bu yolcu, trenin dışındaki yatay düzlemde sabit hızla hareket eden bir bisikletlinin hızını güney yönünde 6v6v büyüklüğünde ölçmektedir. Buna göre, bisikletlinin yere göre hızının büyüklüğü kaç vv’dir?

Show answer & explanation

Answer: 5

Answer

Bisikletlinin yere göre hızının büyüklüğü 5v'dir.
Bisikletlinin yere göre hızı, yolcunun yere göre hız vektörü ile bağıl hız vektörünün toplanmasıyla elde edilir. Yolcunun yere göre hızı doğu yönünde 4v ve kuzey yönünde 3v bileşenlerine sahiptir. Bağıl hız ise güney yönünde 6v'dir. Bu iki vektör toplandığında bisikletlinin yere göre hızı doğu yönünde 4v ve güney yönünde 3v bileşenlerine sahip olur. Bu vektörün büyüklüğü 3-4-5 dik üçgeni bağıntısından 5v olarak bulunur.

Step-by-Step Solution

1
Yolcunun yere göre hız vektörünü bulmak.
Tren kuzey yönünde 3v3v hızıyla (vT=3vj^\vec{v}_T = 3v\hat{j}), yolcu ise trene göre doğu yönünde 4v4v hızıyla (vY/T=4vi^\vec{v}_{Y/T} = 4v\hat{i}) hareket ettiğinden, yolcunun yere göre hız vektörü vY=4vi^+3vj^\vec{v}_Y = 4v\hat{i} + 3v\hat{j} olur.
Yolcunun yere göre hızı, trenin yere göre hızı ile yolcunun trene göre hızının vektörel toplamıdır.
2
Bisikletlinin yolcuya göre bağıl hızını tanımlamak.
Yolcu, bisikletliyi güney yönünde 6v6v hızıyla gördüğü için bağıl hız vektörü vbag˘ıl=6vj^\vec{v}_{bağıl} = -6v\hat{j} olur.
Bağıl hız, gözlenenin (bisikletli) yere göre hızından gözlemcinin (yolcu) yere göre hızının çıkarılmasıyla bulunur.
3
Bisikletlinin yere göre hız vektörünü hesaplamak.
vbag˘ıl=vBvY    vB=vbag˘ıl+vY=6vj^+(4vi^+3vj^)=4vi^3vj^\vec{v}_{bağıl} = \vec{v}_B - \vec{v}_Y \implies \vec{v}_B = \vec{v}_{bağıl} + \vec{v}_Y = -6v\hat{j} + (4v\hat{i} + 3v\hat{j}) = 4v\hat{i} - 3v\hat{j} elde edilir.
Bağıl hız tanımından bisikletlinin yere göre hızı yalnız bırakılarak hesaplanır.
4
Bisikletlinin yere göre hızının büyüklüğünü bulmak.
vB=(4v)2+(3v)2=16v2+9v2=5vv_B = \sqrt{(4v)^2 + (-3v)^2} = \sqrt{16v^2 + 9v^2} = 5v bulunur.
Elde edilen hız vektörünün büyüklüğü Pisagor bağıntısı kullanılarak hesaplanır.

Key Concept

Bağıl hareket ve iki boyutta vektörel hız işlemleri.

Alternative Method

Bileşenlerine ayırma yöntemi yerine bir koordinat düzlemi çizilerek yolcunun hız vektörü başlangıç noktasına yerleştirilir. Bağıl hız vektörünün bitiş noktası yolcunun hız vektörünün bitiş noktasına gelecek şekilde yerleştirilerek bisikletlinin yere göre hız vektörü doğrudan çizilebilir ve Pisagor teoremiyle büyüklüğü hesaplanabilir.
Estimated Time:2m 0s
Page 1 / 8Next