Question

Difficulty: Very hardHız ve Hareket Problemleri

Çevresi sabit olan dairesel bir pist üzerinde, aynı noktadan zıt yönlerde sırasıyla v1v_1 ve v2v_2 sabit hızlarıyla (v1>v2v_1 > v_2) aynı anda koşmaya başlayan iki sporcu hakkında aşağıdaki bilgiler verilmiştir:

* Sporcuların ilk karşılaşmalarından sonra; başlangıçta hızı fazla olan sporcu hızını yarıya indirmiş, başlangıçta hızı az olan sporcu ise hızını 22 katına çıkarmıştır.
* İkinci karşılaşmalarından sonra da aynı kural uygulanmış; başlangıçta hızı fazla olan sporcu hızını tekrar yarıya indirmiş, başlangıçta hızı az olan sporcu ise hızını tekrar 22 katına çıkarmıştır.

Sporcuların birinci ve ikinci karşılaşmaları arasındaki süre 2525 saniye, ikinci ve üçüncü karşılaşmaları arasındaki süre ise 2020 saniye olmuştur.

Buna göre, bu iki sporcunun başlangıçtan ilk karşılaşmalarına kadar geçen süre kaç saniyedir?

Answer: 20 saniye

Answer

Başlangıçtan ilk karşılaşmaya kadar geçen süre 20 saniyedir.
Yapılan hesaplamalarda pistin çevresi (LL) ile sporcuların başlangıçtaki hızları (v1,v2v_1, v_2) arasındaki ilişki kurulmuş ve ilk karşılaşma süresi t1=20t_1 = 20 saniye olarak bulunmuştur.

Step-by-Step Solution

1
İlk karşılaşma süresi için değişkenleri tanımlama
t1=Lv1+v2t_1 = \frac{L}{v_1 + v_2}
Dairesel pist üzerinde aynı noktadan zıt yönlerde hareket eden sporcuların ilk kez karşılaşması için toplamda bir pist çevresi (LL) kadar yol almaları gerekir. Bu sürede aldıkları yolların toplamı LL'ye eşittir.
2
İkinci karşılaşma süresi için denklem yazma
L=25(v12+2v2)L = 25\left(\frac{v_1}{2} + 2v_2\right)
Birinci karşılaşmadan sonra sporcuların hızları sırasıyla v12\frac{v_1}{2} ve 2v22v_2 olur. Karşılaşma süresi 2525 saniye olduğundan, pist çevresi bu yeni hızlar toplamı ile sürenin çarpımıdır.
3
Üçüncü karşılaşma süresi için denklem yazma
L=20(v14+4v2)L = 20\left(\frac{v_1}{4} + 4v_2\right)
İkinci karşılaşmadan sonra hızlar tekrar güncellenerek v14\frac{v_1}{4} ve 4v24v_2 olur. Karşılaşma süresi 2020 saniye olduğundan, pist çevresi bu güncel hızlar toplamı ile sürenin çarpımıdır.
4
Hızlar arasındaki oranı bulma
v1=4v2v_1 = 4v_2
Pist çevresi (LL) sabit olduğundan, adım 2 ve adım 3'te elde edilen LL ifadeleri birbirine eşitlenir: 25(v12+2v2)=20(v14+4v2)25\left(\frac{v_1}{2} + 2v_2\right) = 20\left(\frac{v_1}{4} + 4v_2\right) eşitliğinden v1=4v2v_1 = 4v_2 ilişkisine ulaşılır.
5
Pist çevresini tek bir değişken cinsinden ifade etme
L=100v2L = 100v_2
v1=4v2v_1 = 4v_2 eşitliği adım 3'teki denklemde yerine yazıldığında L=20(4v24+4v2)=20(5v2)=100v2L = 20\left(\frac{4v_2}{4} + 4v_2\right) = 20(5v_2) = 100v_2 elde edilir.
6
İlk karşılaşma süresini hesaplama
t1=20t_1 = 20 saniye
t1=Lv1+v2t_1 = \frac{L}{v_1 + v_2} formülünde L=100v2L = 100v_2 ve v1=4v2v_1 = 4v_2 yazıldığında t1=100v24v2+v2=100v25v2=20t_1 = \frac{100v_2}{4v_2 + v_2} = \frac{100v_2}{5v_2} = 20 bulunur.

Key Concept

Zıt yönlü dairesel harekette karşılaşma süresi, pist çevresinin sporcuların hızları toplamına oranlanması ile bulunur. Hızların her periyotta değiştiği durumlarda, her aşama için ayrı denklem yazılarak ortak değişkenler sadeleştirilir.
Rate this question