Tüm alıştırma soruları

8734 soru

Soru 3161Soru
0π2cosx(sinx+1)3dx\int_{0}^{\frac{\pi}{2}} \cos x \cdot (\sin x + 1)^3 \, dx

belirli integralinin değeri kaçtır?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: 154\frac{15}{4}

Cevap

15/4
Verilen integralde u=sinx+1u = \sin x + 1 dönüşümü yapıldığında diferansiyel du=cosxdxdu = \cos x \, dx olur. Sınırlar ise x=0x = 0 için u=1u = 1 ve x=π2x = \frac{\pi}{2} için u=2u = 2 olarak güncellenir. Bu durumda integral 12u3du\int_{1}^{2} u^3 \, du haline gelir. Bu integralin değeri hesaplandığında 15/4 sonucu elde edilir.

Adım Adım Çözüm

1
İntegralde değişken değiştirme yöntemi uygulanır. u=sinx+1u = \sin x + 1 dönüşümü seçilir.
Her iki tarafın diferansiyeli alındığında du=cosxdxdu = \cos x \, dx elde edilir.
İntegral içindeki cosxdx\cos x \, dx ifadesini yeni değişken dudu cinsinden yazabilmek için.
2
İntegral sınırları yeni değişken uu değerlerine göre güncellenir.
Alt sınır için: x=0    u=sin0+1=1x = 0 \implies u = \sin 0 + 1 = 1. Üst sınır için: x=π2    u=sin(π2)+1=2x = \frac{\pi}{2} \implies u = \sin\left(\frac{\pi}{2}\right) + 1 = 2 elde edilir.
Belirli integralde sınırların dönüşüm yapılan yeni değişkene göre güncellenmesi zorunlu olduğu için.
3
Yeni değişkenler ve sınırlar integralde yerine yazılarak hesaplama tamamlanır.
12u3du=[u44]12=244144=414=154\int_{1}^{2} u^3 \, du = \left[ \frac{u^4}{4} \right]_{1}^{2} = \frac{2^4}{4} - \frac{1^4}{4} = 4 - \frac{1}{4} = \frac{15}{4} bulunur.
Polinom kuvvet kuralı yardımıyla integralin belirli değerini hesaplamak için.

Anahtar Kavram

Belirli integralde değişken değiştirme yöntemi uygulanırken integral sınırlarının da yeni değişkene göre güncellenmesi gerekir.

Alternatif Yöntem

İntegral u=sinxu = \sin x dönüşümü yapılarak da çözülebilir. Bu durumda du=cosxdxdu = \cos x \, dx olur ve sınırlar 0 ile 1 aralığına güncellenir. İntegral ise 01(u+1)3du\int_{0}^{1} (u+1)^3 \, du şeklini alır. Burada t=u+1t = u+1 dönüşümü yapılarak integral 12t3dt\int_{1}^{2} t^3 \, dt formuna getirilir ve aynı şekilde 15/4 sonucuna ulaşılır.
Tahmini Süre:2m 0s
Soru 3162Soru

Evlerimizde kullanılan 220 V220\text{ V} etkin gerilime sahip alternatif akımı, 12 V12\text{ V} etkin gerilimle çalışan bir masa lambasını çalıştırmak için kullanmak amacıyla tasarlanan ideal olmayan bir transformatörün verimi \%80 olarak ölçülmüştür. Masa lambası transformatörün sekonder (çıkış) bobinine bağlandığında lambanın direnci 6 Ω6\ \Omega olup lamba normal parlaklığında ışık vermektedir. Buna göre, transformatörün primer (giriş) bobininden çekilen etkin güç kaç watt\text{watt}'tır?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: 30

Cevap

Transformatörün primer bobininden çekilen etkin güç 30 watt'tır.
Transformatörün sekonder devresinde direnci 6 Ω6\ \Omega olan masa lambası 12 V12\text{ V} gerilimle çalıştığında, lambadan geçen etkin akım 2 A2\text{ A} ve harcanan etkin güç 24 W24\text{ W} olur. Transformatörün verimi \%80 olduğundan, primerden çekilen güç sekonderden alınan güçten fazla olmalıdır. Verim formülü olan Verim=Pc¸ıkıs¸Pgiris¸\text{Verim} = \frac{P_{\text{çıkış}}}{P_{\text{giriş}}} bağıntısından 0,80=24Pgiris¸0,80 = \frac{24}{P_{\text{giriş}}} yazılarak primerden çekilen etkin güç 30 W30\text{ W} olarak hesaplanır.

Adım Adım Çözüm

1
Masa lambasının (sekonder devrenin) etkin akımını hesaplayın.
IS=VSR=12 V6 Ω=2 AI_S = \frac{V_S}{R} = \frac{12\text{ V}}{6\ \Omega} = 2\text{ A}
Ohm Kanunu kullanılarak sekonder devreden geçen etkin akım bulunur.
2
Sekonder devrede tüketilen gücü (lamba gücünü) hesaplayın.
PS=VS×IS=12 V×2 A=24 WP_S = V_S \times I_S = 12\text{ V} \times 2\text{ A} = 24\text{ W}
Sekonder devredeki lamba tarafından harcanan etkin gücü belirlemek için gerilim ve akım çarpılır.
3
Verim bağıntısını kullanarak primer bobinden çekilen etkin gücü hesaplayın.
Verim=PSPP0,80=24 WPPPP=240,80=30 W\text{Verim} = \frac{P_S}{P_P} \Rightarrow 0,80 = \frac{24\text{ W}}{P_P} \Rightarrow P_P = \frac{24}{0,80} = 30\text{ W}
İdeal olmayan transformatörlerde verim, sekonder bobinden alınan gücün primer bobine verilen güce oranıdır.

Anahtar Kavram

İdeal olmayan transformatörlerde güç transferi ve verim hesaplamaları
Soru 3163Soru

Sürtünmeli bir eğik düzlemin aynı yüksekliğinden serbest bırakılan, eşit kütleli ve eşit yarıçaplı homojen katı bir küre ile homojen katı bir silindir eğik düzlem üzerinde kaymadan dönerek öteleme hareketi yapmaktadır. Cisimler eğik düzlemin en alt ucuna ulaştıklarında, kürenin sahip olduğu dönme kinetik enerjisi, silindirin sahip olduğu dönme kinetik enerjisinden daha büyüktür.

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: False

Cevap

Verilen ifade yanlıştır. Silindirin en alt noktadaki dönme kinetik enerjisi, kürenin dönme kinetik enerjisinden daha büyüktür.
Verilen ifade yanlıştır çünkü silindirin dönme kinetik enerjisine ayrılan enerji oranı (toplam enerjinin 1/3'ü), kürenin dönme kinetik enerjisine ayrılan orandan (toplam enerjinin 2/7'si) daha büyüktür. Başlangıçtaki potansiyel enerjiler eşit olduğundan, en alt noktada silindirin dönme kinetik enerjisi küreninkinden daha büyük olur.

Adım Adım Çözüm

1
Cisimlerin eylemsizlik momentlerini belirleyin.
Homojen katı küre için eylemsizlik momenti Iku¨re=25mR2I_{\text{küre}} = \frac{2}{5}mR^2, homojen katı silindir için ise Isilindir=12mR2I_{\text{silindir}} = \frac{1}{2}mR^2 şeklindedir.
Cisimlerin geometrik şekillerine göre dönmeye karşı gösterdikleri direnci (eylemsizlik momentlerini) karşılaştırmak amacıyla yazılır.
2
Kaymadan dönme koşulunu kullanarak çizgisel hız ile açısal hız arasındaki ilişkiyi kurun.
Kaymadan dönerek öteleme hareketi yapan cisimlerin kütle merkezinin çizgisel hız�� vv ile açısal hız ω\omega arasında v=ωRv = \omega R ilişkisi mevcuttur. Buradan ω=vR\omega = \frac{v}{R} yazılır.
Dönme ve öteleme kinetik enerjilerini tek bir hız parametresi cinsinden ifade edebilmek için.
3
Her iki cisim için toplam kinetik enerji ifadesini yazın ve mekanik enerjinin korunumunu uygulayın.
Başlangıçtaki potansiyel enerji Epot=mghE_{\text{pot}} = mgh, en alt noktada tamamen kinetik enerjiye dönüşür: mgh=Eo¨t+Edo¨n=12mv2+12Iω2mgh = E_{\text{öt}} + E_{\text{dön}} = \frac{1}{2}mv^2 + \frac{1}{2}I\omega^2. İlgili eylemsizlik momentleri yerine yazıldığında; küre için mgh=12mvku¨re2+12(25mR2)(vku¨reR)2=710mvku¨re2mgh = \frac{1}{2}mv_{\text{küre}}^2 + \frac{1}{2}(\frac{2}{5}mR^2)(\frac{v_{\text{küre}}}{R})^2 = \frac{7}{10}mv_{\text{küre}}^2, silindir için mgh=12mvsilindir2+12(12mR2)(vsilindirR)2=34mvsilindir2mgh = \frac{1}{2}mv_{\text{silindir}}^2 + \frac{1}{2}(\frac{1}{2}mR^2)(\frac{v_{\text{silindir}}}{R})^2 = \frac{3}{4}mv_{\text{silindir}}^2 bulunur.
Dışarıdan enerji kaybettiren bir dış kuvvet (net iş yapan) olmadığından mekanik enerji korunur ve bu sayede cisimlerin en alt noktadaki çizgisel hızları bulunabilir.
4
Dönme kinetik enerjilerini toplam mekanik enerji (mghmgh) cinsinden hesaplayın ve karşılaştırın.
Küre için: Edo¨n, ku¨re=15mvku¨re2E_{\text{dön, küre}} = \frac{1}{5}mv_{\text{küre}}^2 ifadesinde mvku¨re2=107mghmv_{\text{küre}}^2 = \frac{10}{7}mgh yazılırsa Edo¨n, ku¨re=27mgh0,286mghE_{\text{dön, küre}} = \frac{2}{7}mgh \approx 0,286mgh bulunur. Silindir için: Edo¨n, silindir=14mvsilindir2E_{\text{dön, silindir}} = \frac{1}{4}mv_{\text{silindir}}^2 ifadesinde mvsilindir2=43mghmv_{\text{silindir}}^2 = \frac{4}{3}mgh yazılırsa Edo¨n, silindir=13mgh0,333mghE_{\text{dön, silindir}} = \frac{1}{3}mgh \approx 0,333mgh bulunur. 13>27\frac{1}{3} > \frac{2}{7} olduğundan silindirin dönme kinetik enerjisi küreninkinden büyüktür.
En alt noktadaki dönme kinetik enerjilerinin sayısal oranlarını doğrudan karşılaştırıp ifadenin doğruluğunu teyit etmek için.

Anahtar Kavram

Kaymadan dönerek öteleme hareketinde mekanik enerjinin korunumu geçerlidir; ancak toplam kinetik enerjinin dönme ve öteleme bileşenleri arasındaki paylaşım oranı cismin eylemsizlik momentine bağlıdır. Eylemsizlik momenti katsayısı büyük olan cismin dönmeye ayırdığı enerji payı daha fazladır.

Alternatif Yöntem

Kaymadan dönerek öteleme hareketi yapan bir cismin dönme kinetik enerjisinin toplam kinetik enerjiye oranı Edo¨nEtoplam=ImR2+I\frac{E_{\text{dön}}}{E_{\text{toplam}}} = \frac{I}{mR^2 + I} genel formülüyle doğrudan hesaplanabilir. Küre için bu oran 2/51+2/5=27\frac{2/5}{1 + 2/5} = \frac{2}{7}, silindir için ise 1/21+1/2=13\frac{1/2}{1 + 1/2} = \frac{1}{3} olur. Başlangıçtaki potansiyel enerjiler eşit olduğundan (Etoplam=mghE_{\text{toplam}} = mgh), oranlar doğrudan dönme kinetik enerjilerinin büyüklük sırasını verir. 13>27\frac{1}{3} > \frac{2}{7} olduğu için silindirin dönme kinetik enerjisi küreninkinden büyüktür.
Tahmini Süre:2m 30s
Soru 3164Soru

Şekildeki ideal transformatörün primer (giriş) bobininin sarım sayısı NP=400N_P = 400'dür ve uçlarına etkin gerilimi VP=120 VV_P = 120\text{ V} olan alternatif akım kaynağı bağlanmıştır. Transformat��rün sağ tarafındaki bağımsız iki sekonder bobininin sarım sayıları sırasıyla N1=200N_1 = 200 ve N2=100N_2 = 100 olup, bu bobinlerin uçlarına R1=12 ΩR_1 = 12\ \Omega ve R2=15 ΩR_2 = 15\ \Omega değerindeki dirençler bağlanmıştır. Buna göre, transformatörün primer (giriş) bobininden çekilen akımın etkin değeri kaç A\text{A}'dir?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: 3

Cevap

Primer bobinden çekilen akımın etkin değeri 3 A3\text{ A}'dir.
İdeal bir transformatörde enerji kaybı olmadığından, primer bobinden sağlanan güç (PP=VPIPP_P = V_P \cdot I_P), sekonder bobinlerdeki toplam güce (P1+P2=V12R1+V22R2P_1 + P_2 = \frac{V_1^2}{R_1} + \frac{V_2^2}{R_2}) eşittir. Yapılan hesaplamalar sonucunda primer akımının etkin değeri 3 A3\text{ A} olarak bulunur.

Adım Adım Çözüm

1
Sekonder bobinlerin uçlarındaki etkin gerilimleri (V1V_1 ve V2V_2) hesaplayın.
V1=60 VV_1 = 60\text{ V} ve V2=30 VV_2 = 30\text{ V}
İdeal bir transformatörde bobin uçlarındaki gerilimler, sarım sayılarıyla doğru orantılıdır: VS=VP×NSNPV_S = V_P \times \frac{N_S}{N_P}.
2
Sekonder bobinlere bağlı dirençlerin harcadığı elektriksel güçleri (P1P_1 ve P2P_2) hesaplayın.
P1=300 WP_1 = 300\text{ W} ve P2=60 WP_2 = 60\text{ W}
Dirençlerin harcadığı güç P=V2RP = \frac{V^2}{R} formülüyle hesaplanır.
3
Transformatörün toplam çıkış gücünü (PSP_S) ve buna bağlı olarak primer giriş gücünü (PPP_P) belirleyin.
PP=PS=360 WP_P = P_S = 360\text{ W}
İdeal transformatörlerde enerji kaybı olmadığı için giriş gücü toplam çıkış gücüne eşittir.
4
Primer bobinden çekilen akımın etkin değerini (IPI_P) hesaplayın.
IP=3 AI_P = 3\text{ A}
Primer giriş gücü PP=VP×IPP_P = V_P \times I_P bağıntısıyla ifade edilir. Buradan 360=120×IP360 = 120 \times I_P yazılarak akım çekilir.

Anahtar Kavram

İdeal transformatörlerde gerilimin sarım sayısıyla ilişkisi ve güç korunumunun uygulanması.
Soru 3165Soru

Hava sürtünmesinin ihmal edildiği bir ortamda, yerden hh y��ksekliğindeki bir noktadan yatay doğrultuda v0v_0 hızıyla fırlatılan bir cismin, hız vektörü ile ivme vektörü arasındaki açının 4545^\circ olduğu andaki yerden yüksekliği 35 m35\text{ m}'dir.

Cismin yere çarpma hızının büyüklüğü 50 m/s50\text{ m/s} olduğuna göre, cismin ilk fırlatıldığı yükseklik hh kaç metredir? (g=10 m/s2g = 10\text{ m/s}^2 alınız.)

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: 80

Cevap

Cismin ilk fırlatıldığı yükseklik 80 m80\text{ m}'dir.
Cismin ivmesi düşey doğrultudaki yer çekimi ivmesidir. Hız vektörü ile ivme arasındaki açının 4545^\circ olduğu anda yatay ve düşey hız bileşenleri eşit büyüklüktedir (vy=v0v_y = v_0). Düşey serbest düşme formülü vy2=2gy1v_y^2 = 2gy_1 kullanılarak bu ana kadar alınan yol y1=v02/20y_1 = v_0^2 / 20 olarak bulunur. Yere çarpma hızı için kinetik enerji değişimi veya kinematik bağıntı kullanılarak vyer2=v02+2ghv_{yer}^2 = v_0^2 + 2gh yazılır. İki denklem birleştirildiğinde cismin ilk fırlatıldığı yükseklik h=80 mh = 80\text{ m} olarak elde edilir.

Adım Adım Çözüm

1
Açı ilişkisini kullanarak hız bileşenlerini belirleme.
vy=v0v_y = v_0 eşitliği elde edilir.
Yatay atış hareketinde cismin ivmesi yer çekimi ivmesi (gg) olup düşey doğrultudadır. Hız vektör��nün ivme vektörü ile yaptığı açının 4545^\circ olması, hızın yatay ve düşey bileşenlerinin büyüklükçe birbirine eşit olduğunu gösterir.
2
Düşeyde ilk aralıkta alınan yolu ifade etme.
y1=v0220y_1 = \frac{v_0^2}{20} ve h=v0220+35h = \frac{v_0^2}{20} + 35 denklemleri kurulur.
Düşeydeki serbest düşme hareketi için zamansız hız formülü vy2=2gy1v_y^2 = 2gy_1 uygulanır. Cismin yerden yüksekliği 35 m35\text{ m} olduğuna göre ilk fırlatılma yüksekliği h=y1+35h = y_1 + 35 olur.
3
Yere çarpma hızı için kinetik denklem yazma.
2500=v02+20h2500 = v_0^2 + 20h denklemi kurulur.
Yere çarpma hızının büyüklüğü vyer=50 m/sv_{yer} = 50\text{ m/s} olduğundan, toplam mekanik enerjinin korunumu veya yatay-düşey hızların kareleri toplamı yardımıyla vyer2=v02+2ghv_{yer}^2 = v_0^2 + 2gh eşitliği yazılır.
4
Denklem sistemini çözerek hh değerini hesaplama.
h=80 mh = 80\text{ m} bulunur.
v02=20(h35)v_0^2 = 20(h - 35) ifadesi 2500=v02+20h2500 = v_0^2 + 20h denkleminde yerine konularak tek bilinmeyenli denklem çözülür.

Anahtar Kavram

Yatay atış hareketinde yatay ve düşey doğrultudaki hareketlerin birbirinden bağımsız olması ve vektörel hız-ivme ilişkileri.

Alternatif Yöntem

Soruyu zamana bağlı denklemlerle çözmek de mümkündür. Hız bileşenlerinin eşitlendiği an t1t_1 olsun. Bu durumda vy1=gt1=10t1v_{y1} = g t_1 = 10 t_1 olur. Düşeyde alınan yol y1=5t12y_1 = 5 t_1^2 olup h=5t12+35h = 5 t_1^2 + 35 yazılır. Yere düşme süresi tut_u olsun. Düşey hız vyer,y=10tuv_{yer,y} = 10 t_u olur. Yere çarpma hızından 502=v02+(10tu)250^2 = v_0^2 + (10 t_u)^2 yazılır. Burada v0=10t1v_0 = 10 t_1 olduğundan 2500=100t12+100tu2    t12+tu2=252500 = 100 t_1^2 + 100 t_u^2 \implies t_1^2 + t_u^2 = 25 bulunur. Ayrıca serbest düşme mesafesi h=5tu2h = 5 t_u^2 olduğundan 5tu2=5t12+35    tu2t12=75 t_u^2 = 5 t_1^2 + 35 \implies t_u^2 - t_1^2 = 7 elde edilir. Bu iki zaman denklemi taraf tarafa toplanırsa 2tu2=32    tu2=162 t_u^2 = 32 \implies t_u^2 = 16 bulunur. Buradan h=5tu2=516=80 mh = 5 t_u^2 = 5 \cdot 16 = 80\text{ m} sonucuna ulaşılır.
Tahmini Süre:2m 0s
Soru 3166Soru

Bir tarım araştırma istasyonunda, iki farklı toprak türüne ekilen AA ve BB bitki tohumlarının çimlenme olasılıkları sırasıyla 38\frac{3}{8} ve pp olarak belirlenmiştir. Bu tohumların çimlenme durumları birbirinden bağımsız olaylardır. Yapılan gözlem sonucunda bu tohumlardan en az birinin çimlendiği bilindiğine göre, her ikisinin de çimlenmiş olma olasılığı 14\frac{1}{4}'tür. Buna göre, BB tohumunun çimlenme olasılığı olan pp değeri en sade şekilde ab\frac{a}{b} rasyonel sayısı olarak yazıldığında a+ba + b toplamı kaçtır?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: 10

Cevap

Aranan toplamın değeri 10'dur.
Verilen bağımsız olayların kesişim olasılığı P(AB)=3p8P(A \cap B) = \frac{3p}{8} ve birleşim olasılığı P(AB)=3+5p8P(A \cup B) = \frac{3 + 5p}{8} olarak hesaplanır. 'En az birinin çimlendiği bilindiğine göre her ikisinin de çimlenmiş olması' koşullu olasılığı P(AB)P(AB)=3p3+5p\frac{P(A \cap B)}{P(A \cup B)} = \frac{3p}{3+5p} oranına eşittir. Bu oran 14\frac{1}{4}'e eşitlendiğinde p=37p = \frac{3}{7} bulunur. En sade haldeki bu kesrin pay ve paydasının toplamı 3+7=103 + 7 = 10 yapmaktadır.

Adım Adım Çözüm

1
A ve B olaylarının bağımsızlığı kullanılarak kesişim ve birleşim olasılıkları pp cinsinden ifade edilir.
P(AB)=3p8P(A \cap B) = \frac{3p}{8} ve P(AB)=3+5p8P(A \cup B) = \frac{3 + 5p}{8}
Bağımsız olaylarda kesişim olasılığı P(AB)=P(A)P(B)P(A \cap B) = P(A) \cdot P(B) formülüyle, birleşim olasılığı ise P(AB)=P(A)+P(B)P(AB)P(A \cup B) = P(A) + P(B) - P(A \cap B) formülüyle hesaplanır.
2
Koşullu olasılık tanımı uygulanır.
P(ABAB)=P(AB)P(AB)=3p3+5p=14P(A \cap B \mid A \cup B) = \frac{P(A \cap B)}{P(A \cup B)} = \frac{3p}{3 + 5p} = \frac{1}{4}
Tohumlardan en az birinin çimlendiği bilindiğine göre her ikisinin de çimlenmiş olma olasılığı, kesişim olasılığının birleşim olasılığına oranıyla bulunur.
3
Elde edilen denklem çözülerek pp değeri ve ardından a+ba + b toplamı hesaplanır.
p=37p = \frac{3}{7} ve buradan a+b=3+7=10a + b = 3 + 7 = 10
3p3+5p=14\frac{3p}{3 + 5p} = \frac{1}{4} denkleminde içler dışlar çarpımı yapıldığında 12p=3+5p    7p=3    p=3712p = 3 + 5p \implies 7p = 3 \implies p = \frac{3}{7} elde edilir. 3 ve 7 sayıları aralarında asal olduğundan en sade biçimdeki kesrin payı a=3a = 3, paydası b=7b = 7 alınarak toplamları 10 bulunur.

Anahtar Kavram

Bağımsız olayların kesişim ve birleşim olasılıklarının koşullu olasılık formülünde yerine yazılması.
Soru 3167Soru
124(x1)3dx\int_{1}^{2} 4(x-1)^3 \, dx

belirli integralinin değeri kaçtır?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: 1

Cevap

1
Değişken değiştirme yöntemi uygulandığında u=x1u = x-1 dönüşümüyle sınırlar 00 ve 11 olarak güncellenir. İntegral 014u3du=[u4]01=1\int_{0}^{1} 4u^3 \, du = [u^4]_0^1 = 1 olarak hesaplanır. Dolayısıyla doğru cevap 1 değeridir.

Adım Adım Çözüm

1
Değişken değiştirme tanımlaması yapılır.
u=x1u = x-1 dönüşümü seçilir. Bu durumda her iki tarafın diferansiyeli alınarak du=dxdu = dx elde edilir.
İntegrali daha kolay çözülebilir bir biçime getirmek için değişken değiştirme yöntemi uygulanır.
2
Belirli integralin sınırları u değişkenine göre güncellenir.
Alt sınır için: x=1    u=11=0x = 1 \implies u = 1 - 1 = 0
Üst sınır için: x=2    u=21=1x = 2 \implies u = 2 - 1 = 1 olur.
Değişken değiştirildiğinde belirli integralin sınırlarının da yeni değişkene göre güncellenmesi gerekir.
3
Dönüşümler integralde yerine yazılarak yeni integral hesaplanır.
014u3du=[u4]01=1404=1\int_{0}^{1} 4u^3 \, du = \left[ u^4 \right]_0^1 = 1^4 - 0^4 = 1 elde edilir.
Elde edilen u cinsinden kolay integralin değeri hesaplanarak sonuca ulaşılır.

Anahtar Kavram

Belirli integralde değişken değiştirme yöntemi uygulanırken integral sınırlarının da yeni değişkene göre güncellenmesi gerekir.
Soru 3168Soru

Girişine (primer) etkin gerilimi VV olan alternatif akım (AC) kaynağı bağlı, çıkışındaki (sekonder) bobine ise bir reosta ve lamba seri olarak bağlanmış ideal bir transformatör devresi kurulmuştur. Transformatörün primer bobininin sarım sayısı NPN_P, sekonder bobininin sarım sayısı NSN_S olup NP>NSN_P > N_S ilişkisi vardır.

Buna göre, reostanın sürgüsü devredeki etkin direnci artıracak yönde çekilirse;

I. Primer bobine alternatif akım kaynağı yerine aynı etkin gerilime sahip bir doğru akım (DC) kaynağı bağlanırsa, sekonder bobinde sürekli bir gerilim indüklenmez.
II. Reostanın sürgüsü çekildiğinde primer bobinden çekilen etkin akım azalır.
III. Reostanın sürgüsü çekildiğinde sekonder devresindeki akımın frekansı artar.

yargılarından hangileri doğrudur?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: I ve II

Cevap

Doğru akım kaynağının sürekli gerilim indüklemeyeceği ve direnç artışının primer akımını azaltacağı yönündeki yargılar doğrudur. Transformatörlerin akım frekansını değiştiremeyeceği yönündeki yargı ise yanlıştır.
Doğru akım kaynağı bağlıyken sürekli manyetik akı değişimi oluşmadığından sekonder bobinde sürekli gerilim indüklenmez. İdeal transformatörde çıkış gücü giriş gücüne eşit olduğundan, sekonder devrede reostanın direncinin artmasıyla azalan akım, primerden çekilen akımın da azalmasına yol açar. Transformatörler frekansı değiştirmediğinden çıkış frekansı sabit kalır.

Adım Adım Çözüm

1
Doğru akım (DC) ve alternatif akım (AC) etkisini analiz etme
Transformatörler, primer bobindeki değişken manyetik akının sekonder bobinde indüksiyon emk'si oluşturması prensibiyle çalışır. Doğru akım (DC) kaynakları sürekli (değişmeyen) bir manyetik alan ürettiğinden manyetik akı değişimi oluşmaz ve sekonder bobinde sürekli bir gerilim indüklenmez. Bu nedenle birinci yargı doğrudur.
Transformatörlerin çalışma prensibini ve doğru akım ile neden çalışmadıklarını belirlemek için.
2
Reosta hareketinin direnç, gerilim ve akım üzerindeki etkisini inceleme
Sekonder bobindeki gerilim (VSV_S), primer gerilimi (VPV_P) ve sarım oranına (NS/NPN_S/N_P) bağlıdır. Bu büyüklükler değişmediği için VSV_S sabit kalır. Reostanın direnci artırıldığında sekonder devresinin toplam direnci (RSR_S) artar. Ohm Yasası gereği (VS=ISRSV_S = I_S \cdot R_S), sabit gerilim altında direnç arttığı için sekonder akımı (ISI_S) azalır.
Direnç değişiminin sekonder akımına olan etkisini bulmak için.
3
İdeal transformatör güç eşitliğini kullanarak primer akımını bulma
İdeal bir transformatörde enerji kaybı olmadığından giriş gücü çıkış gücüne eşittir (Pgiris\c=Pc\cıkıs\cVPIP=VSISP_{giriş} = P_{çıkış} \Rightarrow V_P \cdot I_P = V_S \cdot I_S). VPV_P ve VSV_S sabitken, sekonder akımı (ISI_S) azaldığı için primer bobinden çekilen etkin akım (IPI_P) da azalır. Bu nedenle ikinci yargı doğrudur.
İdeal transformatörlerin güç korunumunu kullanarak primer akımındaki değişimi tespit etmek için.
4
Frekans değişimini değerlendirme
Transformatörler gerilim ve akım değerlerini değiştirebilir ancak alternatif akımın frekansını değiştiremez. Çıkıştaki akımın frekansı, giriş kaynağının frekansına eşittir ve sabittir. Bu nedenle üçüncü yargı yanlıştır.
Transformatörün frekans üzerindeki etkisini değerlendirmek için.

Anahtar Kavram

Transformatörlerin çalışma prensibi, ideal transformatörlerde güç ve akım ilişkileri ve frekansın korunumu.
Tahmini Süre:2m 0s
Soru 3169Soru

Sürtünmesiz yatay bir düzlemde 6 m/s6\text{ m/s} sabit hızla hareket etmekte olan 3 kg3\text{ kg} kütleli bir cisim, kendisiyle aynı yönde 2 m/s2\text{ m/s} sabit hızla ilerleyen 1 kg1\text{ kg} kütleli başka bir cisme arkadan çarparak kenetlenmektedir. Buna göre, çarpışma sürecinde cisimlerin birbirine uyguladığı itmenin büyüklüğü kaç Ns\text{N}\cdot\text{s}'dir?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: 3

Cevap

Çarpışma sürecinde cisimlerin birbirine uyguladığı itmenin büyüklüğü 3 Ns3\text{ N}\cdot\text{s}'dir.
Sürtünmesiz yatay düzlemde gerçekleşen çarpışmada dış kuvvet olmadığı için çizgisel momentum korunur. Çarpışma öncesi toplam momentum 20 kgm/s20\text{ kg}\cdot\text{m/s}'dir. Kenetlenme sonrası toplam kütle 4 kg4\text{ kg} olduğundan ortak hızları 5 m/s5\text{ m/s} olur. 1 kg1\text{ kg} kütleli cismin çizgisel momentum değişimi ΔP=1 kg(5 m/s2 m/s)=3 Ns\Delta P = 1\text{ kg} \cdot (5\text{ m/s} - 2\text{ m/s}) = 3\text{ N}\cdot\text{s}'dir. İtme momentum değişime eşit olduğundan cisimlerin birbirine uyguladığı itmenin büyüklüğü 3 Ns3\text{ N}\cdot\text{s} olur.

Adım Adım Çözüm

1
Çarpışma öncesi sistemin toplam çizgisel momentumunu hesaplayınız.
Pilk=m1v1+m2v2=(3 kg6 m/s)+(1 kg2 m/s)=20 kgm/sP_{\text{ilk}} = m_1 \cdot v_1 + m_2 \cdot v_2 = (3\text{ kg} \cdot 6\text{ m/s}) + (1\text{ kg} \cdot 2\text{ m/s}) = 20\text{ kg}\cdot\text{m/s}
Dış kuvvetlerin sıfır olduğu durumlarda sistemin toplam çizgisel momentumu korunacağı için çarpışma öncesindeki toplam momentum değerinin bilinmesi gerekir.
2
Çizgisel momentumun korunumu yasasını uygulayarak cisimlerin kenetlenme sonrasındaki ortak hızını bulunuz.
Pilk=PsonPilk=(m1+m2)vort20 kgm/s=(3 kg+1 kg)vortvort=5 m/sP_{\text{ilk}} = P_{\text{son}} \Rightarrow P_{\text{ilk}} = (m_1 + m_2) \cdot v_{\text{ort}} \Rightarrow 20\text{ kg}\cdot\text{m/s} = (3\text{ kg} + 1\text{ kg}) \cdot v_{\text{ort}} \Rightarrow v_{\text{ort}} = 5\text{ m/s}
Çarpışma esnasında net dış kuvvet etki etmediği için ilk momentum son momentuma eşit olmalıdır. Kenetlenen cisimler birlikte hareket ettiğinden toplam kütle kullanılır.
3
Cisimlerden birini seçerek momentumundaki değişimi, yani uygulanan itmenin büyüklüğünü hesaplayınız.
I=ΔP2=m2(vortv2)=1 kg(5 m/s2 m/s)=3 NsI = \Delta P_2 = m_2 \cdot (v_{\text{ort}} - v_2) = 1\text{ kg} \cdot (5\text{ m/s} - 2\text{ m/s}) = 3\text{ N}\cdot\text{s}
Bir cisme uygulanan itme, o cismin çizgisel momentumundaki değişime eşittir (I=ΔPI = \Delta P).

Anahtar Kavram

Çarpışmalarda çizgisel momentumun korunumu ve itme-momentum değişimi ilişkisi
Soru 3170Soru

Hava direncinin ihmal edildiği bir ortamda, yatay düzlem üzerindeki K noktasından eğik olarak fırlatılan bir cisim L noktasına düşüyor. Cismin yörüngesinin tepe noktasındaki (maksimum yükseklikteki) hızının büyüklüğü vv, yere çarptığı andaki hızının büyüklüğü ise 5v\sqrt{5}v’dir. Buna göre, cismin menzili olan yatay xx uzaklığının, çıkabildiği maksimum yükseklik olan hmaksh_{\text{maks}} değerine oranı (xhmaks\frac{x}{h_{\text{maks}}}) kaçtır?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: 2

Cevap

Cismin menzilinin maksimum yüksekliğine oranı 2'dir.
Cismin tepe noktasında yalnızca yatay hız bileşeni (vx=vv_x = v) bulunur. Yere çarptığı andaki hızı ise yatay ve düşey hız bileşenlerinin dik bileşkesidir. vx2+vy2=5v\sqrt{v_x^2 + v_y^2} = \sqrt{5}v bağıntısından düşey hız bileşeninin büyüklüğü vy=2vv_y = 2v olarak bulunur. Maksimum yükseklik formülü (hmaks=vy22gh_{\text{maks}} = \frac{v_y^2}{2g}) ve menzil formülü (x=vx2vygx = v_x \cdot \frac{2v_y}{g}) kullanılarak oranlandığında sonucun 2 olduğu görülür.

Adım Adım Çözüm

1
Tepe noktasındaki ve yere çarpma anındaki hız ilişkisini kullanarak düşey hız bileşenini belirlemek.
v0y=2vv_{0y} = 2v
Eğik atış hareketinde yatay hız bileşeni sabittir. Tepe noktasında düşey hız sıfır olduğundan cismin hızı sadece yatay bileşenden oluşur (vx=vv_x = v). Cismin yere çarpma hız�� yatay ve düşey hız bileşenlerinin vektörel toplamıdır: vyer=vx2+vy2=5vv_{\text{yer}} = \sqrt{v_x^2 + v_y^2} = \sqrt{5}v. Buradan v2+vy2=5v2vy=2vv^2 + v_y^2 = 5v^2 \Rightarrow v_y = 2v bulunur.
2
Maksimum yükseklik (hmaksh_{\text{maks}}) ve havada kalma süresi (tuc¸us¸t_{\text{uçuş}}) ifadelerini yazmak.
hmaks=2v2gh_{\text{maks}} = \frac{2v^2}{g} ve tuc¸us¸=4vgt_{\text{uçuş}} = \frac{4v}{g}
Düşey hız bileşeni v0y=2vv_{0y} = 2v olan cismin çıkabileceği maksimum yükseklik hmaks=v0y22g=4v22g=2v2gh_{\text{maks}} = \frac{v_{0y}^2}{2g} = \frac{4v^2}{2g} = \frac{2v^2}{g} olur. Tepe noktasına çıkış süresi tc¸ıkıs¸=v0yg=2vgt_{\text{çıkış}} = \frac{v_{0y}}{g} = \frac{2v}{g} olup toplam uçuş süresi bunun iki kat��dır (tuc¸us¸=4vgt_{\text{uçuş}} = \frac{4v}{g}).
3
Cismin yatayda aldığı yolu (menzil) bulmak ve bu değerin maksimum yüksekliğe oranını hesaplamak.
xhmaks=2\frac{x}{h_{\text{maks}}} = 2
Menzil, sabit yatay hız ile toplam uçuş süresinin çarpımıyla bulunur: x=vxtuc¸us¸=v4vg=4v2gx = v_x \cdot t_{\text{uçuş}} = v \cdot \frac{4v}{g} = \frac{4v^2}{g}. Buradan oran: xhmaks=4v2g2v2g=2\frac{x}{h_{\text{maks}}} = \frac{\frac{4v^2}{g}}{\frac{2v^2}{g}} = 2 elde edilir.

Anahtar Kavram

Eğik atış hareketinde yatay hız bileşeninin sabitliği ve düşey doğrultudaki sabit ivmeli hareketin bağımsızlığı.
Soru 3171Soru

Dik koordinat düzleminde, x=(y1)24x = (y-1)^2 - 4 parabolünün grafiği verilmiştir. Buna göre; parabol, yy-ekseni, y=0y = 0 ve y=4y = 4 doğruları arasında kalan boyalı bölgenin alanı kaç birimkaredir?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: 343\frac{34}{3}

Cevap

Boyalı bölgenin alanı 343\frac{34}{3} birimkaredir.
Doğru sonuca ulaşmak için integral sınırları parabolün yy-eksenini kestiği y=3y=3 noktasına göre bölünmelidir. [0,3][0, 3] aralığında parabol yy-ekseninin solunda yer aldığından integralin önüne eksi işareti getirilerek alan pozitif yapılır: 03(4(y1)2)dy=9\int_{0}^{3} (4 - (y-1)^2) \, dy = 9. [3,4][3, 4] aralığında ise parabol sağda olduğundan doğrudan entegre edilir: 34((y1)24)dy=73\int_{3}^{4} ((y-1)^2 - 4) \, dy = \frac{7}{3}. Bu iki alan toplandığında 343\frac{34}{3} değeri elde edilir.

Adım Adım Çözüm

1
Parabolün yy-eksenini kestiği noktaları bulmak için denklemde x=0x = 0 yazılır.
x=(y1)24=0(y1)2=4y1=2x = (y-1)^2 - 4 = 0 \Rightarrow (y-1)^2 = 4 \Rightarrow y-1 = 2 veya y1=2y=3y-1 = -2 \Rightarrow y = 3 veya y=1y = -1 bulunur.
İntegral sınırları olan [0,4][0, 4] aralığında parabolün yy-ekseninin solundan sağına geçiş yaptığı geçiş noktasını belirlemek.
2
Boyalı bölgenin alanını hesaplamak için [0,4][0, 4] aralığı, fonksiyonun işaret değiştirdiği y=3y = 3 noktasına göre iki alt aralığa ayrılır.
Alan A=A1+A2A = A_1 + A_2 olur. Burada A1=03(y1)24dyA_1 = \int_{0}^{3} |(y-1)^2 - 4| \, dy ve A2=34(y1)24dyA_2 = \int_{3}^{4} |(y-1)^2 - 4| \, dy şeklindedir.
y[0,3]y \in [0, 3] aralığında parabolün kolları sol tarafta (x0x \leq 0), y[3,4]y \in [3, 4] aralığında ise sağ taraftadır (x0x \geq 0). Alan hesabı pozitif değerler gerektirdiğinden integral parçalanmalıdır.
3
y[0,3]y \in [0, 3] aralığındaki birinci bölgenin alanı (A1A_1) hesaplanır.
A1=03(4(y1)2)dy=[4y(y1)33]03=(1283)(013)=28313=9A_1 = \int_{0}^{3} (4 - (y-1)^2) \, dy = \left[ 4y - \frac{(y-1)^3}{3} \right]_{0}^{3} = \left(12 - \frac{8}{3}\right) - \left(0 - \frac{-1}{3}\right) = \frac{28}{3} - \frac{1}{3} = 9 birimkare.
yy-ekseninin solunda kalan bölgenin alanını pozitif olarak elde etmek.
4
y[3,4]y \in [3, 4] aralığındaki ikinci bölgenin alanı (A2A_2) hesaplanır.
A2=34((y1)24)dy=[(y1)334y]34=(916)(8312)=7+283=73A_2 = \int_{3}^{4} ((y-1)^2 - 4) \, dy = \left[ \frac{(y-1)^3}{3} - 4y \right]_{3}^{4} = \left(9 - 16\right) - \left(\frac{8}{3} - 12\right) = -7 + \frac{28}{3} = \frac{7}{3} birimkare.
yy-ekseninin sağında kalan bölgenin alanını elde etmek.
5
Elde edilen alan değerleri toplanarak toplam alan bulunur.
A=A1+A2=9+73=343A = A_1 + A_2 = 9 + \frac{7}{3} = \frac{34}{3} birimkare.
Boyalı bölgenin toplam alanını bulmak.

Anahtar Kavram

Belirli integral kullanılarak yy-eksenine göre sınırlanan bölgelerin alan hesabı yapılırken fonksiyonun işaretine dikkat edilerek integral sınırlarının parçalanması.
Tahmini Süre:2m 0s
Soru 3172Soru

Yalıtkan ve sürtünmesiz yatay düzlemde yer alan kartezyen koordinat sisteminde, +q+q yüklü noktasal bir cisim (0,2d)(0, 2d) koordinatına sabitlenmiştir.

Koordinat sisteminin orijininde (0,0)(0,0) oluşan net elektriksel alan vektörünün +x+x ekseni ile saat yönünün tersine yaptığı açı 315315^\circ olduğuna göre, (4d,0)(4d, 0) koordinatına sabitlenen noktasal cismin elektriksel yükü kaç qq'dur?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: -4

Cevap

Orijindeki net elektriksel alanın belirtilen açıyı yapabilmesi için (4d,0)(4d, 0) noktasındaki cismin yükü 4q-4q olmalıdır.
Orijindeki net elektriksel alan vektörünün +x+x ekseniyle saat yönünün tersine 315315^\circ lik açı yapması, vektörün +x+x ve y-y yönlerindeki bileşenlerinin eşit büyüklükte olmasını gerektirir. +q+q yükünün orijinde oluşturduğu alan y-y yönündedir. Bu durumda, diğer yükün oluşturduğu alan +x+x yönünde ve aynı büyüklükte olmalıdır. (4d,0)(4d,0) noktasındaki yükün orijini kendine doğru çekebilmesi için negatif işaretli olması gerekir. Mesafe karesi oranı uygulandığında yükün büyüklüğü 4 katına çıkmalıdır, bu yüzden cevap 4-4 olmalıdır.

Adım Adım Çözüm

1
Birinci yükün orijinde oluşturduğu elektriksel alan vektörünü belirleme
E1=kq(2d)2=kq4d2E_1 = k \frac{q}{(2d)^2} = \frac{kq}{4d^2} büyüklüğünde ve pozitif yükün itme özelliğinden dolayı y-y yönündedir (E1=E1j^\vec{E}_1 = -E_1\hat{j}).
Elektriksel alan vektörü pozitif yükten dışarıya doğrudur.
2
Net elektriksel alanın bileşenlerini analiz etme
315315^\circ lik açı, net vektörün dördüncü bölgede olduğunu ve Ex=EyE_x = -E_y eşitliğini sağladığını gösterir. Bu durumda ExE_x bileşeni +x+x yönünde ve E1E_1 ile aynı büyüklükte olmalıdır.
Dördüncü bölgedeki 315315^\circ lik açının doğrultusu, birim çemberde cos(315)=22\cos(315^\circ) = \frac{\sqrt{2}}{2} (pozitif) ve sin(315)=22\sin(315^\circ) = -\frac{\sqrt{2}}{2} (negatif) değerlerine karşılık gelir.
3
��kinci yükün değerini ve işaretini hesaplama
Orijinde +x+x yönünde alan oluşturması için (4d,0)(4d, 0) noktasındaki q2q_2 yükü çekici (negatif) olmalıdır. Alan büyüklükleri eşitlenirse: kq2(4d)2=kq(2d)2q216d2=q4d2q2=4qk \frac{|q_2|}{(4d)^2} = k \frac{q}{(2d)^2} \Rightarrow \frac{|q_2|}{16d^2} = \frac{q}{4d^2} \Rightarrow |q_2| = 4q bulunur. Buradan q2=4qq_2 = -4q elde edilir.
Elektriksel alanın büyüklüğü uzaklığın karesi ile ters orantılıdır.

Anahtar Kavram

Noktasal yüklerin oluşturduğu elektriksel alan vektörel bir büyüklüktür ve süperpozisyon (vektörel toplam) ilkesine göre toplanır.
Soru 3173Soru

Kartezyen koordinat sisteminde, +z+z ekseni boyunca yerleştirilmiş sonsuz uzunluktaki iletken bir telden +z+z yönünde sabit bir II akımı geçmektedir. Yükü q-q olan noktasal bir parçacık, koordinat sisteminin (d,0,0)(d, 0, 0) noktasından geçerken +x+x yönünde sabit v\vec{v} hızıyla hareket etmektedir.

Buna göre, parçacığa bu konumdan geçerken etki eden manyetik kuvvetin yönü aşağıdakilerden hangisidir?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: z-z yönünde

Cevap

Manyetik kuvvet negatif z yönündedir.
Manyetik alanın yönü sağ el kuralı ile +y+y yönünde bulunur. Hız vektörü +x+x yönündedir. Negatif yüklü parçacık için manyetik kuvvetin yönü, sağ el kuralının verdiği yönün tersi olacağından z-z yönünde gerçekleşir.

Adım Adım Çözüm

1
Akım taşıyan düz telin oluşturduğu manyetik alanın yönünün belirlenmesi
Parçacığın bulunduğu (d,0,0)(d, 0, 0) konumunda manyetik alan vektörü B\vec{B}, +y+y yönündedir (B=Bj^\vec{B} = B\hat{j}).
Sağ el kuralına göre, başparmak +z+z yönündeki akımı gösterecek şekilde tel kavrandığında, dört parmak (d,0,0)(d, 0, 0) noktasında +y+y yönünü gösterir.
2
Parçacığın hız vektörü ile manyetik alan vektörü aras��ndaki ilişkinin analiz edilmesi
Hız vektörü v=vi^\vec{v} = v\hat{i} ve manyetik alan vektörü B=Bj^\vec{B} = B\hat{j} olup, bu iki vektör birbirine diktir.
Parçacık +x+x yönünde hareket ettiğinden hız vektörü i^\hat{i} doğrultusundadır; manyetik alan ise j^\hat{j} doğrultusundadır. Aralarındaki açı 9090^\circ olduğundan manyetik kuvvet oluşur.
3
Manyetik kuvvetin yönünün bulunması
Manyetik kuvvet F\vec{F}, z-z yönündedir.
Sağ el kuralına göre, sağ elin dört parmağı hız yönünü (+x+x), avuç içi manyetik alan yönünü (+y+y) gösterecek şekilde tutulduğunda, başparmak +z+z yönünü gösterir. Ancak parçacık negatif yüklü (q-q) olduğundan kuvvet, bu yönün tersi olan z-z yönünde etki eder (F=q(v×B)=(q)(vi^×Bj^)=qvBk^\vec{F} = q(\vec{v} \times \vec{B}) = (-q)(v\hat{i} \times B\hat{j}) = -qvB\hat{k}).

Anahtar Kavram

Üzerinden akım geçen düz telin çevresinde oluşturduğu manyetik alan ve hareketli yüklü parçacıklara etki eden manyetik kuvvet.
Tahmini Süre:2m 0s
Soru 3174Soru

Hava sürtünmelerinin ihmal edildiği ve yer çekimi ivmesinin g=10 m/s2g = 10\text{ m/s}^2 olduğu bir ortamda, yerde bulunan KK noktasından yatay doğrultuyla 5353^\circ açı yapacak şekilde v0=20 m/sv_0 = 20\text{ m/s} büyüklüğündeki ilk hızla fırlatılan bir cisim, fırlatıldıktan 2 s2\text{ s} sonra bir duvarın en üst noktasından teğet geçmektedir.

Buna göre, duvarın yerden yüksekliği hh kaç metredir?
(sin53=0,8\sin 53^\circ = 0,8; cos53=0,6\cos 53^\circ = 0,6)

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: 12

Cevap

Duvarın yüksekliği 12 metredir.
Cismin düşey ilk hız bileşeni v0y=v0sin53=16 m/sv_{0y} = v_0 \cdot \sin 53^\circ = 16\text{ m/s} olarak bulunur. Yer çekimi ivmesi altındaki düşey konum denklemi olan h=v0yt12gt2h = v_{0y} \cdot t - \frac{1}{2} g t^2 ifadesinde değerler yerine yazıldığında h=16254=12 mh = 16 \cdot 2 - 5 \cdot 4 = 12\text{ m} bulunur. Bu nedenle, 12 metrelik yüksekliği belirten seçenek doğrudur.

Adım Adım Çözüm

1
İlk hız vektörünü yatay ve düşey bileşenlerine ayırma
v0x=v0cos53=200,6=12 m/sv_{0x} = v_0 \cdot \cos 53^\circ = 20 \cdot 0,6 = 12\text{ m/s} ve v0y=v0sin53=200,8=16 m/sv_{0y} = v_0 \cdot \sin 53^\circ = 20 \cdot 0,8 = 16\text{ m/s}
Eğik atış hareketinde düşey doğrultudaki yer değiştirme sadece düşey hız bileşeni ve yer çekimi ivmesi tarafından belirlenir.
2
Düşey doğrultudaki hareket denklemini kullanarak t=2 st = 2\text{ s} anındaki yüksekliği hesaplama
h=v0yt12gt2=1625(2)2=3220=12 mh = v_{0y} \cdot t - \frac{1}{2} g t^2 = 16 \cdot 2 - 5 \cdot (2)^2 = 32 - 20 = 12\text{ m}
Cisim yukarı doğru hareket ederken yer çekimi ivmesi cismi yavaşlatır; bu nedenle düşey yer değiştirme formülündeki ivmeli terim çıkarılır.

Anahtar Kavram

Eğik atış hareketinde düşey doğrultudaki hareket, aşağıdan yukarıya düşey atış hareketidir ve cismin yüksekliği düşey hız bileşeni ile yer çekimi ivmesine bağlıdır.
Soru 3175Soru

Sürtünmesiz yatay bir düzlemde, rr yarıçaplı dairesel yörüngede vv büyüklüğünde sabit çizgisel süratle düzgün çembersel hareket yapan noktasal bir cisim, yörüngesi üzerindeki KK noktasından LL noktasına ilk kez geldiğinde hız vektörünün yönü 9090^\circ değişmektedir.

Cismin KK noktasından LL noktasına gelme sürecindeki ortalama ivmesinin büyüklüğü aorta_{\text{ort}}, KK noktasındaki merkezcil ivmesinin büyüklüğü ama_{\text{m}} olduğuna göre, aortam\frac{a_{\text{ort}}}{a_{\text{m}}} oranı kaçtır?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: 22π\frac{2\sqrt{2}}{\pi}

Cevap

İki ivmenin oranı 2 kök 2 bölü pi olarak bulunur.
Hız vektörünün yönünün 90 derece değişmesi, cismin çeyrek periyotluk hareket yaptığını gösterir. Geçen süre t = pi*r / (2v) ve vektörel hız değişimi delta_v = v*sqrt(2) olduğundan ortalama ivme 2*sqrt(2)*v^2 / (pi*r) olur. Merkezcil ivme v^2/r olduğundan bu değerler oranlandığında pi cinsinden 2*sqrt(2)/pi elde edilir.

Adım Adım Çözüm

1
Cismin K noktasından L noktasına gelene kadar geçen süreyi (t) periyot (T) cinsinden belirlemek.
Hız vektörünün 90 derece yön değiştirmesi yörüngenin çeyreğinin kat edildiğini gösterir. Bu durumda geçen süre t = T/4 olur.
Ortalama ivmeyi hesaplamak için geçen zaman dilimini bulmamız gerekir.
2
Cismin periyodu (T) ile çizgisel sürati (v) ve yörünge yarıçapı (r) arasındaki ilişkiyi yazarak süreyi bu değişkenler cinsinden ifade etmek.
Düzgün çembersel harekette çizgisel sürat v = 2*pi*r / T şeklindedir. Buradan periyot T = 2*pi*r / v olarak çekilir. Geçen süre ise t = T/4 = pi*r / (2v) olur.
Ortalama ivme formülündeki zaman ifadesini sürat ve yarıçap cinsinden yazmak.
3
Cismin K ve L noktaları arasındaki hız değişim vektörünün büyüklüğünü bulmak.
K noktasındaki hız vektörü ile L noktasındaki hız vektörü arasındaki açı 90 derecedir. Hızların büyüklüğü v olduğundan, vektörel hız değişimi delta_v = v*sqrt(2) olur.
Ortalama ivme birim zamandaki hız değişimi olduğundan hız değişiminin büyüklüğü hesaplanmalıdır.
4
Ortalama ivmenin büyüklüğünü hesaplamak.
a_ort = delta_v / t = v*sqrt(2) / (pi*r / (2v)) = 2*sqrt(2)*v^2 / (pi*r) elde edilir.
Ortalama ivmenin büyüklüğünü veren ifadeyi bulmak.
5
Merkezcil ivme büyüklüğünü yazarak ortalama ivmeye oranlamak.
Merkezcil ivme büyüklüğü a_m = v^2/r formülüyle verilir. Buradan oran a_ort / a_m = (2*sqrt(2)*v^2 / (pi*r)) / (v^2/r) = 2*sqrt(2)/pi bulunur.
Soruda istenen ivmeler oranını bulmak.

Anahtar Kavram

Ortalama ivme vektörel hız değişiminin geçen süreye oranıdır. Merkezcil ivme ise düzgün çembersel harekette yörünge merkezine doğru olan anlık ivmedir.
Tahmini Süre:2m 0s
Soru 3176Soru

Karbon (6C_{6}\text{C}) atomunun temel hal elektron dizilimini göstermek amacıyla hazırlanan aşağıdaki orbital şemalarından hangisi Hund Kuralı'na aykır��dır?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: 1s1s: [ \uparrow\downarrow ] 2s2s: [ \uparrow\downarrow ] 2p2p: [ \uparrow\downarrow ][ ][ ]

Cevap

2p orbitallerinde iki elektronun eşleşerek yerleştirilip diğer iki eş enerjili orbitalin boş bırakıldığı elektron dizilimi
Hund Kuralı'na göre, eş enerjili orbitallere (örneğin 2p2p orbitallerine) elektronlar yerleştirilirken öncelikle boş orbitallere teker teker ve paralel spinli (aynı yönlü) olarak yerleştirilmelidir. Tüm eş enerjili orbitaller yarı dolu hale gelmeden elektronlar eşleşemez. 2p2p orbitallerinde iki elektronun aynı orbitalde zıt spinli olarak eşleştiği ve diğer iki orbitalin boş bırakıldığı gösterim bu kuralı ihlal eder.

Adım Adım Çözüm

1
Karbon (6C_{6}\text{C}) atomunun proton sayısına göre temel hal elektron dizilimi yazılır.
Dizilim 1s22s22p21s^2 2s^2 2p^2 şeklindedir.
Orbital şemasının hangi alt kabuklarda kaçar elektron barındırması gerektiğini belirlemek için.
2
Hund Kuralı'nın eş enerjili orbitallere elektron yerleşimi hakkındaki tanımı hatırlanır.
Kurala göre eş enerjili orbitallere (2px,2py,2pz2p_x, 2p_y, 2p_z) elektronlar önce teker teker ve aynı yönlü (paralel) spinlerle yerleştirilmelidir. Eş enerjili orbitallerin tümü yarı dolu olmadan elektronlar eşleşemez.
Seçeneklerdeki yerleşimlerin kurala uygunluğunu test edebilmek için.
3
Seçeneklerdeki 2p22p^2 orbital şemaları incelenerek kuralı ihlal eden şema tespit edilir.
İki elektronun aynı orbitalde zıt spinli olarak eşleştiği ve diğer iki orbitalin tamamen boş kaldığı şema Hund Kuralı'na aykırıdır.
Doğru seçeneğe ulaşmak için.

Anahtar Kavram

Eş enerjili orbitallere elektronlar yerleşirken önce teker teker ve paralel spinli olarak yerleşir; tüm eş enerjili orbitaller yarı dolu hale gelmeden elektronlar eşleşemez (Hund Kuralı).
Soru 3177Soru

Yalıtkan yatay bir düzleme şekildeki gibi yerleştirilen düzgün altıgenin köşelerinden üçüne noktasal yükler sabitlenmi��tir. Altıgenin köşelerindeki +q+q, +q+q ve q-q yüklerinin merkezdeki OO noktasında oluşturduğu bileşke elektrik alanın büyüklüğü EE'dir.

Buna göre, OO noktasındaki bileşke elektrik alanın büyüklüğünü yine EE yapmak için;

I. BB köşesine +2q+2q yükü yerleştirmek,
II. AA köşesine 2q-2q yükü yerleştirmek,
III. DD köşesine +2q+2q yükü yerleştirmek

işlemlerinden hangileri tek başına yapılabilir?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: I, II ve III

Cevap

Her üç işlem de tek başına yapıldığında O noktasındaki bileşke elektrik alanın büyüklüğü yine E olur.
Başlangıçtaki yüklerin oluşturduğu elektrik alanların O noktasındaki bileşkesi C köşesine doğru 2E02E_0 büyüklüğündedir ve bu değer EE olarak verilmiştir. Her üç öncüldeki işlem de O noktasında 2E02E_0 büyüklüğünde yeni bir elektrik alan vektörü ekler. Bu yeni vektörler ile başlangıçtaki bileşke vektör (2E02E_0) arasındaki açı her üç durumda da 120 derecedir. İki vektörün büyüklükleri eşit ve aralarındaki açı 120 derece olduğunda bileşke vektörün büyüklüğü yine bu vektörlerin birinin büyüklüğüne (2E02E_0, yani EE) eşit olur.

Adım Adım Çözüm

1
Başlangıçtaki yüklerin O noktasında oluşturduğu elektrik alanların yönlerini ve büyüklüklerini belirlemek.
A'daki +q+q yükü aşağıya (D yönüne) E0E_0, E'deki +q+q yükü B yönüne E0E_0 ve C'deki q-q yükü C yönüne E0E_0 büyüklüğünde elektrik alan oluşturur (Burada E0=kqd2E_0 = \frac{kq}{d^2}'dir).
Başlangıçtaki toplam elektrik alan vektörünü tanımlamak için.
2
Başlangıçtaki bileşke elektrik alanın büyüklüğünü hesaplamak.
A ve E yüklerinin elektrik alanları arasındaki açı 120120^\circ olduğundan bileşkeleri C yönünde E0E_0 olur. Bu bileşkeye C'deki yükün oluşturduğu E0E_0 da eklenince toplam alan C yönünde 2E02E_0 (yani EE) olur. Böylece E=2E0E = 2E_0 olarak bulunur.
Başlangıçtaki elektrik alan şiddetini E cinsinden tanımlamak için.
3
Öncüllerdeki işlemlerin oluşturduğu ek elektrik alanları ve bunların başlangıçtaki bileşke elektrik alanla yaptığı açıları analiz etmek.
B'ye +2q+2q konulması E yönünde 2E02E_0; A'ya 2q-2q konulması A yönünde 2E02E_0; D'ye +2q+2q konulması A yönünde 2E02E_0 alan oluşturur. Bu alanların her biri başlangıçtaki bileşke alanla (C yönü) 120120^\circ açı yapar. İki eşit vektör (2E02E_0 ve 2E02E_0) arasındaki açı 120120^\circ olduğundan bileşke yine 2E02E_0 (yani EE) olur.
Yeni bileşke elektrik alan büyüklüklerini vektörlerin özel durumlarını kullanarak hesaplamak için.

Anahtar Kavram

Elektriksel alan vektörel bir büyüklüktür ve bileşkesi bulunurken vektör ekleme kuralları ile özel açılı durumlar dikkate alınmalıdır.

Alternatif Yöntem

Bileşke elektrik alanı koordinat sistemine taşıyarak x ve y bileşenleri cinsinden de toplayabilirsiniz. Örneğin başlangıçtaki alan E_x = √3 E_0 ve E_y = -E_0 bileşenlerine sahiptir. Her bir öncül için eklenen elektrik alanın x ve y bileşenleri başlangıçtaki bileşenlere eklenerek yeni bileşkenin büyüklüğü hesaplanabilir.
Tahmini Süre:2m 0s
Soru 3178Soru

Alternatif akım kaynağına bağlı ideal bir transformatörün sekonder (çıkış) ucuna bağlı direncin değeri artırıldığında, primer (giriş) bobininden çekilen akımın etkin değeri azalır.

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: True

Cevap

Alternatif akım kaynağına bağlı ideal bir transformatörün sekonder ucundaki direnç artırıldığında, çıkış gücü azalacağı için primer bobinden çekilen akımın etkin değeri de azalır. Dolayısıyla bu ifade doğrudur.
İdeal transformatörlerde enerji korunumu gereği giriş gücü çıkış gücüne eşittir. Sekonder gerilimi sabitken direncin artırılması sekonder akımını ve dolayısıyla sekonder gücünü azaltır. Bu da primerden çekilen gücün ve akımın azalmasına neden olur.

Adım Adım Çözüm

1
Sekonder (çıkış) geriliminin değişkenlere bağlılığını belirleme
Giriş gerilimi (VpV_p) ve sarım sayıları (Np,NsN_p, N_s) sabit olduğundan, Vs=VpNsNpV_s = V_p \cdot \frac{N_s}{N_p} bağıntısına göre sekonder gerilimi (VsV_s) sabittir.
Direnç değişiminin sekonder uçları arasındaki potansiyel farkı etkilemediğini göstermek.
2
Sekonder akımının değişimini Ohm Yasası ile analiz etme
Is=VsRI_s = \frac{V_s}{R} ifadesinde RR değeri artırıldığında, sekonder akımının etkin değeri (IsI_s) azalır.
Direnç artışının sekonder bobindeki akım üzerindeki etkisini bulmak.
3
İdeal transformatör için enerjinin korunumu ilkesini uygulama
Giriş gücü çıkış gücüne eşittir (VpIp=VsIsV_p \cdot I_p = V_s \cdot I_s). Sabit VpV_p ve VsV_s gerilimleri altında, IsI_s azaldığı için primer akımının etkin değeri (IpI_p) de azalmalıdır.
Primer akımının değişim yönünü kesin olarak belirlemek.

Anahtar Kavram

İdeal transformatörlerde güç ve akım ilişkileri
Soru 3179Soru

Hava direncinin ihmal edildiği bir ortamda, yerden yeterince yüksek bir noktadan yatay doğrultuda v0=30 m/sv_0 = 30\text{ m/s} hızla fırlatılan bir cismin, fırlatıldıktan tt süre sonra hız vektörü ile ivme vektörü arasındaki açı 3737^\circ olmaktadır.

Buna göre, cismin bu andaki hızının büyüklüğü kaç m/s\text{m/s}'dir?
(g=10 m/s2g = 10\text{ m/s}^2; sin37=0,6\sin 37^\circ = 0,6; cos37=0,8\cos 37^\circ = 0,8 alınız.)

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: 50

Cevap

Cismin belirtilen andaki hızının büyüklüğü 50 m/s'dir.
Yatay atış hareketinde yatay hız bileşeni sabit olup vx=30 m/sv_x = 30\text{ m/s}'dir. Cismin ivme vektörü yer çekimi ivmesi (g\vec{g}) olup düşey doğrultudadır. Bu nedenle hız vektörü ile ivme vektörü arasındaki açı, hızın düşeyle yaptığı açıdır. Sinüs tanımından sin37=vx/v\sin 37^\circ = v_x / v yazılırsa, hızın büyüklüğü v=30/0,6=50 m/sv = 30 / 0,6 = 50\text{ m/s} olarak elde edilir.

Adım Adım Çözüm

1
Yatay hız bileşenini belirleme ve ivme doğrultusunu tanımlama
Cisme yatay doğrultuda etki eden bir net kuvvet olmadığından yatay hız bileşeni sabittir: vx=v0=30 m/sv_x = v_0 = 30\text{ m/s}. Cismin ivmesi ise yer çekimi ivmesi (g\vec{g}) olup düşey doğrultuda aşağıya doğrudur.
Yatay atış hareketinde yatay hız sabit kalır ve hareketin ivmesi yer çekimi ivmesidir.
2
Hız vektörünün bileşenleri ile açı arasındaki ilişkiyi kurma
Hız vektörü ile düşey doğrultudaki ivme vektörü arasındaki açı 3737^\circ olarak verilmiştir. Bu durum hız vektörünün düşeyle yaptığı açının 3737^\circ olduğunu gösterir. Dik üçgende yatay hız bileşeni karşı kenar konumundadır: sin37=vxv\sin 37^\circ = \frac{v_x}{v}.
İvme vektörünün doğrultusu düşey olduğundan, hız vektörü ile arasındaki açı düşey doğrultu ile yapılan açıdır.
3
Hızın büyüklüğünü hesaplama
v=vxsin37=300,6=50 m/sv = \frac{v_x}{\sin 37^\circ} = \frac{30}{0,6} = 50\text{ m/s} bulunur.
Karşı dik kenarın hipotenüse oranı olan sinüs fonksiyonu kullanılarak toplam hızın büyüklüğü elde edilir.

Anahtar Kavram

Yatay atış hareketinde hız bileşenlerinin bulunması ve hız vektörünün ivme doğrultusuna göre yönelimi
Soru 3180Soru

Yalıtkan yatay düzlem üzerindeki KK ve LL noktalarına sırasıyla +q+q ve +q+q yüklü noktasal iki cisim sabitlenmiştir. Cisimlerin arasındaki uzaklık 2d2d olup, bu noktaların orta noktasından dd kadar uzaklıkta ve KLKL doğrusuna dik olan bir PP noktasında oluşturdukları bileşke elektrik alanın büyüklüğü EE kadardır.

Buna göre, yalnızca LL noktasındaki cismin elektrik yükü q-q yapılırsa, PP noktasındaki bileşke elektrik alanın büyüklüğü ve yönü ilk durumuna göre nasıl değişir?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: Büyüklüğü değişmez; yönü KLKL doğrusuna paralel hâle gelir.

Cevap

Bileşke elektrik alanın büyüklüğü değişmez ve yönü KLKL doğrusuna paralel hâle gelir.
İlk durumda, iki pozitif yükün oluşturduğu elektrik alanların yatay bileşenleri birbirini götürürken düşey bileşenleri toplanır ve bileşke elektrik alan KLKL doğrusuna dik olur. LL noktasındaki yük negatif yapıldığında, elektrik alan vektörünün yönü kendine doğru döner. Bu durumda düşey bileşenler birbirini götürürken yatay bileşenler toplanır ve bileşke alan KLKL doğrusuna paralel olur. Geometrik simetriden dolayı her iki durumda da bileşke alanın büyüklüğü aynı kalır.

Adım Adım Çözüm

1
İlk durumda her iki yükün PP noktasında oluşturduğu elektrik alanları yazın.
KK ve LL'deki +q+q yüklerinin PP noktasındaki elektrik alan büyüklükleri eşittir: EK=EL=kq(d2)2=kq2d2=E0E_K = E_L = k \frac{q}{(d\sqrt{2})^2} = \frac{kq}{2d^2} = E_0. PP noktası orta dikme üzerinde olduğundan, elektrik alan vektörlerinin düşey doğrultuyla yaptığı açılar 4545^\circ olur. Yatay bileşenler zıt yönlü olduğundan birbirini sıfırlar, düşey bileşenler toplanır: E=2E0cos(45)=2E0E = 2 E_0 \cos(45^\circ) = \sqrt{2} E_0.
Bileşke elektrik alanın ilk durumdaki değerini ve yönünü bulmak için.
2
LL'deki yük q-q yapıldığında olu��an yeni alan vektörlerini toplayın.
KK'deki yükün alanı dışa doğru (EK=E0E_K = E_0), LL'deki yükün alanı ise içe doğru (EL=E0E_L = E_0) olur. Bu durumda düşey bileşenler zıt yönlü olup birbirini sıfırlar. Yatay bileşenler ise aynı yönlü (sağa doğru, yani KLKL doğrusuna paralel) olup toplanır: E=2E0sin(45)=2E0E' = 2 E_0 \sin(45^\circ) = \sqrt{2} E_0.
İkinci durumdaki bileşke elektrik alan vektörünü belirlemek için.
3
İki durumu büyüklük ve yön açısından karşılaştırın.
E=E=2E0E' = E = \sqrt{2} E_0 olduğundan büyüklük değişmez. Yön ise düşeyden yataya (KLKL doğrusuna paralel) döner.
Büyüklük ve yön değişimini netleştirmek için.

Anahtar Kavram

Noktasal yüklerin oluşturduğu elektrik alanların vektörel olarak toplanması.
ÖncekiSayfa 159 / 437Sonraki
Tüm alıştırma soruları — YKS AYT (Alan Yeterlilik Testi) | Examkin