Tüm alıştırma soruları

8734 soru

Soru 3241Soru

Belirli bir sıcaklıkta gerçekleşen,

2CO2(g)2CO(g)+O2(g)2CO_2(g) \rightleftharpoons 2CO(g) + O_2(g)

tepkimesinin derişimler cinsinden denge sabiti (KcK_c) 0040{}04 olarak belirlenmiştir.

Buna göre, aynı sıcaklıkta gerçekleşen,

CO(g)+12O2(g)CO2(g)CO(g) + \frac{1}{2}O_2(g) \rightleftharpoons CO_2(g)

tepkimesinin denge sabiti (KcK_c) kaçtır?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: 5

Cevap

Tepkimenin aynı sıcaklıktaki denge sabiti (KcK_c) 5'tir.
Verilen ilk tepkime ters çevrildiğinde denge sabiti 1/004=251 / 0{}04 = 25 olur. Tepkimenin katsayıları 12\frac{1}{2} ile çarpıldığında ise denge sabitinin karekökü alınır. Buradan 25=5\sqrt{25} = 5 elde edilir.

Adım Adım Çözüm

1
Net tepkimeyi elde edebilmek için verilen ilk tepkimeyi ters çeviririz.
2CO(g)+O2(g)2CO2(g)2CO(g) + O_2(g) \rightleftharpoons 2CO_2(g) tepkimesinin denge sabiti Kc1=1004=25K_{c1} = \frac{1}{0{}04} = 25 olur.
Bir denge tepkimesi ters çevrildiğinde, yeni denge sabiti ilk denge sabitinin çarpmaya göre tersi (1/Kc1/K_c) alınarak bulunur.
2
Ters çevrilen tepkimenin katsayılarını 12\frac{1}{2} ile çarparız.
CO(g)+12O2(g)CO2(g)CO(g) + \frac{1}{2}O_2(g) \rightleftharpoons CO_2(g) tepkimesinin denge sabiti Kc2=251/2=25=5K_{c2} = 25^{1/2} = \sqrt{25} = 5 olur.
Bir denge tepkimesinin katsayıları bir nn sayısı ile çarpıldığında, yeni denge sabiti eski denge sabitinin nn. kuvveti (KcnK_c^n) alınarak bulunur.

Anahtar Kavram

Bir denge tepkimesinin denklemi ters çevrildiğinde denge sabitinin çarpmaya göre tersi alınır; tepkime katsayıları bir sayı ile çarpıldığında ise bu sayı denge sabitine üs olarak yazılır.
Soru 3242Soru

Düşey düzlemde sabit süratle dönmekte olan bir dönme dolabın kabininde oturan mm kütleli bir yolcu, yörüngenin en üst noktasından geçerken koltuğun yolcuya uyguladığı normal kuvvet sıf��r olmaktadır.

Buna göre, yolcu yörüngenin en alt noktasından geçerken koltuğun yolcuya uyguladığı normal kuvvetin büyüklüğü kaç mgmg olur?

(gg: yer çekimi ivmesidir.)

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: 22

Cevap

Yolcu en alt noktadan geçerken koltuğun uyguladığı normal kuvvetin büyüklüğü 2mg2mg olur.
Dönme dolap sabit süratle döndüğü için yolcuya etki eden merkezcil kuvvetin büyüklüğü her noktada aynıdır. Yörüngenin en üst noktasında merkeze doğru olan net kuvvet, yer çekimi kuvveti ile normal kuvvetin farkıdır (mgN1=Fmerkezcilmg - N_1 = F_{merkezcil}). N1=0N_1 = 0 olduğu için merkezcil kuvvetin büyüklüğü yolcunun ağırlığına eşittir (Fmerkezcil=mgF_{merkezcil} = mg). Yörüngenin en alt noktasında ise merkeze doğru olan net kuvvet, normal kuvvet ile yer çekimi kuvvetinin farkıdır (N2mg=FmerkezcilN_2 - mg = F_{merkezcil}). Burada FmerkezcilF_{merkezcil} yerine mgmg yazılırsa normal kuvvet 2mg2mg olarak bulunur.

Adım Adım Çözüm

1
En üst noktadaki kuvvet dengesini yazıp merkezcil kuvveti bulmak
Fmerkezcil=mgF_{merkezcil} = mg
En üst noktada yer çekimi kuvveti (mgmg) aşağıya (merkeze) doğru, normal kuvvet (N1N_1) yukarıya (merkezden dışarıya) doğrudur. Net kuvvet merkeze doğru olmalıdır: Fnet=mgN1=FmerkezcilF_{net} = mg - N_1 = F_{merkezcil}. N1=0N_1 = 0 verildiğinden Fmerkezcil=mgF_{merkezcil} = mg olur.
2
En alt noktadaki kuvvet dengesini yazarak normal kuvveti (N2N_2) hesaplamak
N2=2mgN_2 = 2mg
En alt noktada normal kuvvet (N2N_2) yukarıya (merkeze) doğru, yer çekimi kuvveti (mgmg) aşağıya (merkezden dışarıya) doğrudur. Net kuvvet merkeze doğru olmalıdır: Fnet=N2mg=FmerkezcilF_{net} = N_2 - mg = F_{merkezcil}. Sabit süratli hareket olduğundan merkezcil kuvvetin büyüklüğü değişmez (Fmerkezcil=mgF_{merkezcil} = mg). Denklemi düzenlersek N2mg=mg    N2=2mgN_2 - mg = mg \implies N_2 = 2mg elde edilir.

Anahtar Kavram

Düşey düzlemde düzgün çembersel harekette net kuvvet (merkezcil kuvvet) yörünge merkezine doğrudur ve büyüklüğü sabittir. Farklı noktalardaki normal kuvvet veya ip gerilmesi, yer çekimi kuvveti ile merkezcil kuvvetin vektörel bileşkesiyle bulunur.
Soru 3243Soru

Düşey düzlemde OO noktası etrafında RR yarıçaplı dairesel yörüngede, mm kütleli bir cisim bir ipin ucunda vv sabit çizgisel süratiyle düzgün çembersel hareket yapmaktadır. Yerçekimi ivmesinin gg olduğu bu sistemde cismin yörünge üzerindeki farklı konumlardan geçişi sırasında ipte oluşan gerilme kuvvetlerinin büyüklüklerini veren matematiksel ifadeler bulunmaktadır.

Sol sütundaki cismin yörünge üzerindeki konumları ile sağ sütundaki bu konumlardaki ip gerilme kuvveti büyüklüklerini doğru olacak şekilde eşleştiriniz.

Soldaki öğeye tıklayın, sonra eşleşen sağdaki öğeye tıklayın

Öğeler

Yörüngenin en üst noktası
Yörüngenin en alt noktası
Yörünge merkezinin yatay hizasındaki yan nokta

Eşleşmeler

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap

Cismin y��rüngenin en üst noktasındaki ip gerilmesi mv2Rmg\frac{m v^2}{R} - m g, en alt noktasındaki ip gerilmesi mv2R+mg\frac{m v^2}{R} + m g ve yatay hizasındaki yan noktasındaki ip gerilmesi ise mv2R\frac{m v^2}{R} ifadesi ile eşleşir.
Cismin yörüngedeki konumlarına göre merkezcil kuvveti oluşturan radyal kuvvetlerin yönleri değişir. En üst noktada yerçekimi kuvveti ip gerilmesine yardımcı olduğu için ip gerilmesi mv2Rmg\frac{m v^2}{R} - m g olur. En alt noktada ip gerilmesi yerçekimi kuvvetini de dengelemek zorunda olduğu için mv2R+mg\frac{m v^2}{R} + m g olur. Yatay hizada ise yerçekimi kuvveti ip doğrultusuna dik olduğundan ip gerilmesi doğrudan merkezcil kuvvete eşit olup mv2R\frac{m v^2}{R} olur.

Adım Adım Çözüm

1
Yörüngenin en üst noktasında cismin üzerine etki eden radyal kuvvetleri belirleme
En üst noktada hem ip gerilme kuvveti (Tu¨stT_{\text{üst}}) hem de yerçekimi kuvveti (mgmg) yörünge merkezine doğrudur. Net kuvvet merkezcil kuvvete eşit olduğundan Tu¨st+mg=mv2RT_{\text{üst}} + mg = \frac{mv^2}{R} denklemi kurulur. Buradan Tu¨st=mv2RmgT_{\text{üst}} = \frac{mv^2}{R} - mg bulunur.
Merkezcil kuvvet, dairesel hareket yapan cisme etki eden net radyal kuvvettir.
2
Yörüngenin en alt noktasında cismin üzerine etki eden radyal kuvvetleri belirleme
En alt noktada ip gerilme kuvveti (TaltT_{\text{alt}}) yukarıya (merkeze) doğru, yerçekimi kuvveti (mgmg) ise aşağıya (merkezden dışarıya) doğrudur. Merkezcil kuvvet merkeze doğru net kuvvet olduğundan Taltmg=mv2RT_{\text{alt}} - mg = \frac{mv^2}{R} denklemi kurulur. Buradan Talt=mv2R+mgT_{\text{alt}} = \frac{mv^2}{R} + mg bulunur.
Dairesel hareketin devam edebilmesi için merkeze doğru olan kuvvetin, merkezden dışarıya doğru olan kuvvetten büyük olması gerekir.
3
Yörüngenin yatay hizasındaki (yan) noktasında cismin üzerine etki eden radyal kuvvetleri belirleme
Yatay hizadaki noktada yerçekimi kuvveti yer çekimi doğrultusunda (aşağıya) olup radyal doğrultuya (merkeze doğru olan ip doğrultusuna) diktir. Bu sebeple radyal doğrultuda etki eden tek kuvvet ip gerilmesidir (TyanT_{\text{yan}}). Denklemi kurduğumuzda Tyan=mv2RT_{\text{yan}} = \frac{mv^2}{R} elde edilir.
Harekete dik olan kuvvetlerin merkezcil kuvvet bileşeni sıfırdır.

Anahtar Kavram

Düşey düzlemde düzgün çembersel hareket yapan bir cisme etki eden kuvvetlerin analizi ve ip gerilmesinin konuma bağlı değişimi
Tahmini Süre:2m 0s
Soru 3244Soru

Dik koordinat düzleminde, x=y22yx = y^2 - 2y eğrisi, yy-ekseni, y=1y = -1 ve y=3y = 3 doğruları arasında kalan sınırlı bölgelerin alanlarının toplamı kaç birimkaredir?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: 4

Cevap

4
İntegral sınırları eğrinin y-eksenini kestiği noktalara göre parçalandığında [1,0][-1, 0], [0,2][0, 2] ve [2,3][2, 3] aralıkları elde edilir. Bu aralıklarda eğrinin y-ekseninin sağında ve solunda kalma durumuna göre integral değerlerinin mutlak değerleri toplanarak alan 44 birimkare olarak hesaplanır.

Adım Adım Çözüm

1
Eğrinin y-eksenini kestiği noktaları bulmak için x=0x = 0 eşitliği kurulur.
Kesim noktaları y=0y = 0 ve y=2y = 2 olarak elde edilir.
Eğrinin y-ekseninin sağında ve solunda kalan bölgelerini belirlemek için kesim noktaları (kökler) bulunmalıdır.
2
İstenen alan [1,3][-1, 3] aralığında olduğundan, kökler yardımıyla integral üç alt aralığa parçalanır: [1,0][-1, 0], [0,2][0, 2] ve [2,3][2, 3]. Bu aralıklarda xx değerlerinin işaretleri incelenir.
y[1,0]y \in [-1, 0] için x0x \ge 0, y[0,2]y \in [0, 2] için x0x \le 0 ve y[2,3]y \in [2, 3] için x0x \ge 0 olur.
Belirli integral ile alan hesabında, y-ekseninin solunda kalan bölgelerin integral değerleri negatif olduğundan alan hesabı için mutlak değerleri alınmalıdır.
3
Belirlenen aralıklarda integral hesabı yapılır. Fonksiyonun ilkel fonksiyonu F(y)=y33y2F(y) = \frac{y^3}{3} - y^2 şeklindedir. Sınırlar yerine yazılır.
F(0)=0F(0) = 0, F(1)=43F(-1) = -\frac{4}{3}, F(2)=43F(2) = -\frac{4}{3} ve F(3)=0F(3) = 0 değerleri elde edilir.
Belirli integral değerlerini bulmak için Newton-Leibniz teoremi uygulanır.
4
Her bir bölgenin alanı mutlak değerce toplanır.
Sınırlı alanlar: A1=F(0)F(1)=43A_1 = F(0) - F(-1) = \frac{4}{3}, A2=F(2)F(0)=43A_2 = |F(2) - F(0)| = \frac{4}{3}, A3=F(3)F(2)=43A_3 = F(3) - F(2) = \frac{4}{3} birimkaredir. Toplam alan A1+A2+A3=4A_1 + A_2 + A_3 = 4 birimkare bulunur.
Ayrı ayrı hesaplanan alan değerlerinin toplamı tüm sınırlı bölgenin alanını verir.

Anahtar Kavram

Belirli integral yardımıyla y-eksenine göre alan hesabı
Soru 3245Soru

Düşey kesiti verilen sürtünmesiz ortamda, boyu LL olan ağırlıksız bir ipin ucuna bağlı mm kütleli noktasal cisim, düşeyle θ\theta açısı yapacak şekilde yatay düzlemde sabit süratle düzgün çembersel hareket yapmaktadır.

Buna göre, cismin bu hareketiyle ilgili;

I. Cismin çizgisel sürati artırılırsa θ\theta açısı da artar.
II. İpte oluşan gerilme kuvvetinin büyüklüğü, cismin ağırlığından fazladır.
III. Cisme etki eden net kuvvet, ip gerilme kuvveti ile yer çekimi kuvvetinin vektörel toplamına eşittir.

yargılarından hangileri doğrudur?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: I, II ve III

Cevap

I, II ve III ifadelerinin tümü doğrudur.
Doğru cevap tüm öncülleri içeren seçenektir. Konik sarkaç hareketinde cisim üzerine sadece yer çekimi kuvveti ve ip gerilme kuvveti etki eder. Bu iki kuvvetin vektörel toplamı net kuvveti (merkezcil kuvveti) oluşturur. Düşey doğrultudaki denge şartından (Tcosθ=mgT \cos\theta = mg) ip gerilmesinin ağırlıktan büyük olduğu görülür. Yatay doğrultundaki hareket denkleminden ise süratin artmasının açıyı artıracağı sonucuna ulaşılır.

Adım Adım Çözüm

1
Cismin serbest cisim diyagramını çizerek üzerine etki eden kuvvetleri belirlemek.
Cisme etki eden iki kuvvet vardır: aşağı yönlü yer çekimi kuvveti (ağırlık, G=mg\vec{G} = m\vec{g}) ve ip boyunca merkeze/yukarı doğru yönelmiş ip gerilme kuvveti (T\vec{T}). Sürtünmesiz ortamda başka bir dış kuvvet yoktur. Merkezcil kuvvet ayrı bir kuvvet olmayıp, bu iki kuvvetin bileşkesidir. Dolayısıyla net kuvvet, ip gerilme kuvveti ile yer çekimi kuvvetinin vektörel toplamına eşittir (Fnet=T+G\vec{F}_{net} = \vec{T} + \vec{G}). Bu nedenle üçüncü öncül doğrudur.
Çembersel harekette dinamiğin temel prensiplerini uygulamak için net kuvvet tanımlanmalıdır.
2
Düşey doğrultudaki kuvvet dengesini yazarak ip gerilmesi ile ağırlık arasındaki ilişkiyi bulmak.
Cisim yatay düzlemde hareket ettiği için düşey doğrultuda ivmesi sıfırdır. Bu durumda düşey doğrultudaki kuvvetlerin dengesinden Tcosθ=mgT \cos\theta = mg yazılır. Buradan ip gerilme kuvvetinin büyüklüğü T=mgcosθT = \frac{mg}{\cos\theta} olarak elde edilir. 0<θ<900^\circ < \theta < 90^\circ aralığında cosθ<1\cos\theta < 1 olduğundan, T>mgT > mg bulunur. Bu nedenle ikinci öncül doğrudur.
İp gerilmesi ile cismin ağırlığı arasındaki ilişkiyi belirlemek.
3
Yatay doğrultudaki net kuvveti yazarak çizgisel sürat ile açı arasındaki ilişkiyi incelemek.
Yatay doğrultudaki net kuvvet merkezcil kuvvettir: Fnet=Tsinθ=mv2rF_{net} = T \sin\theta = \frac{m v^2}{r}. T=mgcosθT = \frac{mg}{\cos\theta} ifadesi yerine konulursa mgtanθ=mv2rmg \tan\theta = \frac{m v^2}{r} elde edilir. Yörünge yarıçapı r=Lsinθr = L \sin\theta olduğundan v2=gLsinθtanθv^2 = g L \sin\theta \tan\theta olur. Çizgisel sürat (vv) artırıldığında, eşitliğin sağlanabilmesi için sinθtanθ\sin\theta \tan\theta değerinin, dolayısıyla θ\theta açısının artması gerekir. Bu nedenle birinci öncül doğrudur.
Çizgisel sürat değiştiğinde cismin düşeyle yaptığı açının nasıl değişeceğini analiz etmek.

Anahtar Kavram

Yatay düzlemde düzgün çembersel hareket yapan konik sarkacın dinamik ve kinematik analizi.

Alternatif Yöntem

Açı ve sürat arasındaki ilişki, açısal sürat (ω\omega) cinsinden de kurulabilir. tanθ=ω2rg\tan\theta = \frac{\omega^2 r}{g} ifadesinde r=Lsinθr = L \sin\theta yazıldığında cosθ=gω2L\cos\theta = \frac{g}{\omega^2 L} bağıntısı elde edilir. Buradan sürat veya frekans arttıkça cosθ\cos\theta değerinin küçüleceği, dolayısıyla θ\theta açısının büyüyeceği doğrudan görülebilir.
Tahmini Süre:2m 0s
Soru 3246Soru

Gerçel sayılar kümesi üzerinde tanımlı f(x)=3x212x+9f(x) = 3x^2 - 12x + 9 fonksiyonu veriliyor. Buna göre; y=f(x)y = f(x) eğrisi, xx-ekseni ile x=0x = 0 ve x=4x = 4 doğruları arasında kalan sınırlı bölgelerin alanlarının toplamı kaç birimkaredir?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: 12

Cevap

Toplam alan 12 birimkaredir.
Doğru cevap 12'dir. Fonksiyon [0,4][0, 4] aralığında sırasıyla [0,1][0, 1] aralığında pozitif, [1,3][1, 3] aralığında negatif ve [3,4][3, 4] aralığında pozitif değerler almaktadır. Alan hesabı yapılırken bu bölgelerin integral değerleri sırasıyla 44, 4-4 ve 44 olarak bulunur. Negatif olan bölgenin alanı mutlak değerce alınarak (4=4|-4| = 4) tüm alanlar toplandığında 4+4+4=124 + 4 + 4 = 12 birimkare elde edilir.

Adım Adım Çözüm

1
Fonksiyonun xx-eksenini kestiği noktaları (kökleri) bulmak için f(x)=0f(x) = 0 denklemi çözülür.
3x212x+9=0    3(x1)(x3)=03x^2 - 12x + 9 = 0 \implies 3(x-1)(x-3) = 0 denkleminin kökleri x=1x = 1 ve x=3x = 3 olarak bulunur.
Verilen sınır değerleri (x=0x = 0 ve x=4x = 4) arasında fonksiyonun işaret değiştirdiği noktaları belirlemek gerekir.
2
Bulunan köklere göre [0,4][0, 4] aralığında fonksiyonun işaret tablosu incelenir.
[0,1][0, 1] aralığında f(x)0f(x) \geq 0, [1,3][1, 3] aralığında f(x)0f(x) \leq 0 ve [3,4][3, 4] aralığında f(x)0f(x) \geq 0 olur.
xx-ekseninin altında kalan bölgelerin alanlarını hesaplarken integral değerinin önüne eksi işareti koyulmalıdır.
3
Sınırlı bölgelerin alanları toplamını veren belirli integral ifadesi yazılır.
Alan=01(3x212x+9)dx13(3x212x+9)dx+34(3x212x+9)dxAlan = \int_{0}^{1} (3x^2 - 12x + 9) \, dx - \int_{1}^{3} (3x^2 - 12x + 9) \, dx + \int_{3}^{4} (3x^2 - 12x + 9) \, dx
Belirli integralde eğrinin altında kalan alan pozitif bir değer olması gerektiğinden, negatif değerli bölgenin integrali eksi ile çarpılarak eklenir.
4
Belirsiz integral alınarak F(x)=x36x2+9xF(x) = x^3 - 6x^2 + 9x ilkel fonksiyonu yardımıyla her bir bölgenin belirli integral değeri hesaplanır.
F(1)F(0)=40=4F(1) - F(0) = 4 - 0 = 4, F(3)F(1)=04=4F(3) - F(1) = 0 - 4 = -4 ve F(4)F(3)=40=4F(4) - F(3) = 4 - 0 = 4 elde edilir.
Belirli integral sınırları yerlerine yazılıp sayısal değerler hesaplanır.
5
Hesaplanan değerler mutlak değerce toplanarak toplam alan bulunur.
Alan=4+4+4=12Alan = 4 + |-4| + 4 = 12 birimkare.
Üç ayrı bölgenin alanları toplanarak toplam kapalı bölge alanı elde edilir.

Anahtar Kavram

Belirli integral yardımıyla iki sınır arasında kalan ve x-ekseniyle sınırlanan bölgelerin alanlarının hesabı.
Soru 3247Soru

Yatay düzlemdeki sürtünmeli dairesel bir yolda vv büyüklüğündeki sabit çizgisel süratle virajı dönmekte olan mm kütleli bir araç, rr yarıçaplı yörüngede savrulmadan güvenle hareket etmektedir.

Buna göre, aracın bu virajdaki hareketiyle ilgili;

I. Araca etki eden net kuvvet, virajın merkezine doğru yönelmiş olan statik sürtünme kuvvetidir.
II. Aracın kütlesi daha büyük olsaydı, savrulmadan dönebileceği maksimum çizgisel sürat değeri azalırdı.
III. Yolun viraj yarıçapı (rr) daha büyük olsaydı, aracın savrulmadan dönebileceği maksimum çizgisel sürat değeri artardı.

yargılarından hangileri doğrudur?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: I ve III

Cevap

Araca etki eden net kuvvet yörünge merkezine doğru olan statik sürtünme kuvvetidir ve viraj yarıçapı arttıkça savrulmadan dönülebilecek maksimum sürat değeri artar.
Güvenli dönüşü sağlayan net kuvvet, yörünge merkezine doğru yönelmiş statik sürtünme kuvvetidir. Güvenli limit hız formülü olan vmaks=kgrv_{maks} = \sqrt{k \cdot g \cdot r} bağıntısı kütleden bağımsızdır ve yarıçap (rr) ile doğru orantılıdır. Dolayısıyla birinci ve üçüncü yargılar doğrudur.

Adım Adım Çözüm

1
Dairesel yörüngede hareket eden araca etki eden yatay kuvvetleri belirlemek
Yatay düzlemde hareket eden araca yatay doğrultuda etki eden tek kuvvet, tekerlekler ile yol arasındaki statik sürtünme kuvvetidir (fsf_s). Bu kuvvet, çembersel hareketin devam edebilmesi için gerekli olan merkezcil kuvveti sağlar. Dolayısıyla net kuvvet, merkezcil kuvvet görevi gören statik sürtünme kuvvetidir ve yörünge merkezine doğrudur. Bu durum birinci öncülü doğrular.
Düzgün çembersel harekette cisme etki eden net kuvvet merkezcil kuvvettir ve bu senaryoda statik sürtünme kuvveti bu görevi üstlenir.
2
Savrulmadan güvenle dönebilme sınır şartını yazmak ve kütlenin etkisini incelemek
Güvenli dönüş için statik sürtünme kuvvetinin maksimum değeri, merkezcil kuvvetten büyük veya ona eşit olmalıdır: fs,maksFmerkezcilkmgmv2rf_{s,maks} \geq F_{merkezcil} \Rightarrow k \cdot m \cdot g \geq \frac{m \cdot v^2}{r}. Buradaki kütle (mm) terimleri eşitliğin her iki tarafından sadeleşir ve limit durumdaki maksimum sürat vmaks=kgrv_{maks} = \sqrt{k \cdot g \cdot r} olarak bulunur. Görüldüğü üzere maksimum güvenli sürat kütleye bağlı değildir. Bu durum ikinci öncülü yanlışlar.
Maksimum güvenli süratin kütleye bağlı olup olmadığını matematiksel olarak ispatlamak.
3
Yarıçapın maksimum güvenli sürat üzerindeki etkisini incelemek
Maksimum güvenli sürat ifadesi olan vmaks=kgrv_{maks} = \sqrt{k \cdot g \cdot r} formülüne göre, viraj yarıçapı (rr) artarsa savrulmadan güvenle dönülebilecek maksimum sürat (vmaksv_{maks}) değeri de artar. Bu durum üçüncü öncülü doğrular.
Viraj yarıçapı ile güvenli sürat arasındaki doğru orantı ilişkisini göstermek.

Anahtar Kavram

Yatay virajlarda savrulmadan güvenli dönüş için merkezcil kuvvetin statik sürtünme kuvveti tarafından sağlanması ve maksimum süratin kütleden bağımsız olarak vmaks=kgrv_{maks} = \sqrt{k \cdot g \cdot r} bağıntısıyla bulunması.
Soru 3248Soru

Öz-indüksiyon katsayısı L=0,5 HL = 0,5\text{ H} olan bir bobin, iç direnci önemsiz bir üreteç, bir anahtar ve bir reosta kullanılarak şekildeki elektrik devresi kurulmuştur. Devreden geçen akım, reostanın sürgüsü hareket ettirilerek 0,2 saniye0,2\text{ saniye} içerisinde sabit bir hızla 8 A8\text{ A}'den 4 A4\text{ A}'e düşürülmektedir. Buna göre, bu süre zarfında bobinde oluşan öz-indüksiyon elektromotor kuvvetinin (emk) büyüklüğü kaç volt (VV) olur?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: 10

Cevap

Bobinde oluşan öz-indüksiyon elektromotor kuvvetinin büyüklüğü 10 V'tur.
Öz-indüksiyon emk'sinin büyüklüğü \varepsilon = L \cdot \left|\frac{\Delta i}{\Delta t}\right| formülü ile hesaplanır. Değerler formülde yerine yazıldığında \varepsilon = 0,5 \cdot \frac{4}{0,2} = 10\text{ V} olarak elde edilir. Bu durum azalan akıma karşı sistemin oluşturduğu tepkiyi gösterir.

Adım Adım Çözüm

1
Akımdaki değişim miktarının belirlenmesi
\Delta i = -4\text{ A}
Öz-indüksiyon emk'sinin hesaplanabilmesi için akımın zamana ba��lı değişim miktarının bulunması gerekir.
2
Öz-indüksiyon elektromotor kuvvetinin hesaplanması
\varepsilon = 10\text{ V}
Değerler Faraday'ın öz-indüksiyon emk formülünde yerine yazılarak emk büyüklüğü bulunur.

Anahtar Kavram

Öz-indüksiyon elektromotor kuvveti
Tahmini Süre:1m 30s
Soru 3249Soru

Yatay düzlemde yer alan sürtünmeli ve rr yarıçaplı dairesel bir virajı, sabit vv süratiyle savrulmadan güvenle dönen mm kütleli bir otomobil için;

I. Otomobile etki eden net kuvvet, virajın merkezine doğru yönelmiş olan statik sürtünme kuvvetidir.
II. Otomobilin virajı savrulmadan dönebilmesi için sahip olabileceği maksimum sürat, otomobilin kütlesine bağlı değildir.
III. Otomobilin bu virajı güvenle dönebilmesi için gerekli olan merkezcil kuvvetin büyüklüğü, otomobilin kütlesi ile doğru orantılıdır.

ifadelerinden hangileri doğrudur?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: I, II ve III

Cevap

I, II ve III ifadelerinin tamamı doğrudur.
Otomobil yatay virajda dönerken düşey kuvvetler dengededir. Yatay doğrultuda etki eden statik sürtünme kuvveti, otomobili yörüngede tutan net kuvvettir (merkezcil kuvvet). Güvenli dönüş için limit sürat vmaks=kgrv_{maks} = \sqrt{k g r} kütleden bağımsızdır. Ancak dairesel hareket için gerekli merkezcil kuvvet Fc=macF_c = m \cdot a_c formülünden dolayı kütle ile doğru orantılıdır. Bu nedenle belirtilen üç öncülün tamamı doğrudur.

Adım Adım Çözüm

1
Düşey doğrultudaki kuvvet dengesini yazınız.
Otomobile düşey doğrultuda etki eden yer çekimi kuvveti (G=mgG = mg) ile yolun uyguladığı normal kuvvet (NN) birbirini dengeler (N=mgN = mg).
Otomobil düşey doğrultuda hareket etmediği için bu doğrultudaki net kuvvet sıfırdır.
2
Yatay doğrultudaki net kuvveti belirleyiniz ve I. öncülü değerlendiriniz.
Otomobilin yatay düzlemde dairesel yörüngede kalmasını sağlayan tek yatay kuvvet, virajın merkezine doğru yönelmiş olan statik sürtünme kuvvetidir (fsf_s). Bu kuvvet, net kuvvettir ve merkezcil kuvvet görevini üstlenir. Dolayısıyla I. öncül doğrudur.
Düzgün çembersel harekette cismin merkeze doğru bir net kuvvete ihtiyacı vardır.
3
Güvenli dönüş şartını yazarak II. öncülü değerlendiriniz.
fsfs,maks    mv2rkmg    vkgrf_s \leq f_{s,maks} \implies \frac{m v^2}{r} \leq k m g \implies v \leq \sqrt{k g r}. Maksimum güvenli sürat vmaks=kgrv_{maks} = \sqrt{k g r} olup formülde otomobilin kütlesi (mm) yer almaz. Dolayısıyla II. öncül doğrudur.
Statik sürtünme kuvvetinin maksimum değeri normal kuvvetle, dolayısıyla kütleyle orantılıdır, bu da merkezcil kuvvetteki kütle çarpanını götürür.
4
Gerekli merkezcil kuvvet formülünü analiz ederek III. öncülü değerlendiriniz.
Otomobilin vv süratiyle rr yarıçaplı virajı dönebilmesi için gerekli olan merkezcil kuvvet Fmerkezcil=mv2rF_{merkezcil} = \frac{m v^2}{r} şeklindedir. vv ve rr sabit tutulduğunda, gerekli merkezcil kuvvet otomobilin kütlesi (mm) ile doğru orantılıdır. Dolayısıyla III. öncül doğrudur.
Merkezcil ivme sabitken, merkezcil kuvvet kütle ile doğru orantılı olarak değişir.

Anahtar Kavram

Yatay virajlarda savrulmadan hareket eden araçlar için statik sürtünme kuvvetinin merkezcil kuvvet rolü üstlenmesi ve limit sürat analizi.
Tahmini Süre:2m 0s
Soru 3250Soru

Sayfa düzlemine yerleştirilmiş, eş merkezli ve yalıtkan yatay bir düzleme sabitlenmiş iletken KK ve LL halkalarından KK halkasında şekildeki gibi bir üreteç ve reosta bulunurken, LL halkası kapalı bir iletken devredir. Başlangıçta KK halkasından saat yönünde sabit bir akım geçmektedir.

Buna göre, reostanın sürgüsü ok yönünde çekilerek direnç artırıldığında;

I. LL halkasında saat yönün��n tersi yönde indüksiyon akımı oluşur.
II. KK halkasında saat yönünde öz-indüksiyon akımı oluşur.
III. Halkalar birbirini çekecek şekilde manyetik kuvvet uygular.

yargılarından hangileri doğrudur?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: II ve III

Cevap

II ve III ifadeleri doğrudur.
Reostanın direncinin artmasıyla K halkasındaki akım azalır. Bu azalışı engellemek için K halkasında aynı yönde (saat yönünde) öz-indüksiyon akımı meydana gelir. Akımın azalması L halkasından geçen içeri doğru manyetik akıyı azaltır; Lenz Yasası uyarınca L halkasında bu azalışı dengelemek için içeri doğru alan oluşturacak saat yönünde indüksiyon akımı oluşur. Her iki halkadaki akım da saat yönünde (aynı yönlü) olduğundan halkalar birbirini çeker.

Adım Adım Çözüm

1
K devresindeki akımın değişimini belirlemek.
Reostanın sürgüsü direnci artıracak yönde çekildiğinde devrenin toplam direnci artar. Ohm Kanunu (I=V/RI = V/R) gereğince K devresindeki birincil akım azalır.
Öz-indüksiyon ve indüksiyon akımlarının yönünü tayin edebilmek için öncelikle ana akımın artış veya azalış durumunu belirlememiz gerekir.
2
K halkasında oluşan öz-indüksiyon akımının yönünü belirlemek.
Lenz Yasası'na göre, öz-ind��ksiyon akımı kendini oluşturan nedene karşı koyacak yöndedir. Akım azaldığı için sistem bu azalışı engellemek amacıyla mevcut akımla aynı yönde, yani saat yönünde bir öz-indüksiyon akımı oluşturur. Dolayısıyla II. öncül doğrudur.
Öz-indüksiyon akımı, devrenin kendi akımındaki değişime karşı koyacak şekilde yönlenir.
3
L halkasından geçen manyetik akı değişimini ve indüksiyon akımının yönünü belirlemek.
K halkasından saat yönünde geçen akım, halkanın merkez bölgesinde sayfa düzleminden içeriye doğru (\otimes) bir manyetik alan yaratır. K'deki akım azaldığında L halkasının içinden geçen içeri doğru olan manyetik akı da azalır. L halkası bu azalışı engellemek için kendisi de içeri doğru bir manyetik alan oluşturmak ister. Sağ el kuralına göre, içeri doğru manyetik alan yaratacak akım saat yönündedir. Bu yüzden L'de saat yönünde indüksiyon akımı oluşur, I. öncül yanlıştır.
İndüksiyon akımı, halkayı çevreleyen manyetik akı değişimini dengeleyecek yönde oluşur.
4
Halkalar arasındaki manyetik kuvvetin yönünü belirlemek.
Hem K halkasında (öz-indüksiyon etkisiyle korunan/desteklenen akım) hem de L halkasında (indüksiyon akımı) akımlar saat yönünde, yani aynı yönde akmaktadır. Eş merkezli halkalarda aynı yönlü akımlar birbirini çekecek şekilde manyetik kuvvet uygular. Dolayısıyla III. öncül doğrudur.
Paralel veya eş merkezli iletkenlerde aynı yönlü akımlar birbirini çeker, zıt yönlü akımlar birbirini iter.

Anahtar Kavram

Lenz Kanunu yardımıyla indüksiyon ve öz-indüksiyon akımlarının yönünün belirlenmesi ve akım taşıyan halkaların birbirine uyguladığı manyetik kuvvet.
Tahmini Süre:2m 0s
Soru 3251Soru

İletken bir bobin, üreteç ve ayarlanabilir bir dirençten (reosta) oluşan devrede reosta direncinin azaltılmasıyla öz-indüksiyon akımının oluşma sürecinde gerçekleşen aşağıdaki olayları, ilk gerçekleşenden son gerçekleşene doğru sıralayınız.

Öğeleri doğru sıraya koymak için sürükleyin

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap

Doğru sıralama: Reosta sürgüsünün direnci azaltması, ana kol akımının artması, manyetik akının artması ve Lenz Kanunu gereği öz-indüksiyon akımının oluşması şeklindedir.
Süreç reosta direncinin azaltılmasıyla başlar. Direnç azalınca Ohm Kanunu gereği akım artar. Akımın artışı bobin içindeki manyetik akıyı artırır. Lenz Kanunu uyarınca sistem bu artışı engellemek için öz-indüksiyon akımı oluşturur.

Adım Adım Çözüm

1
Direnç değişimi belirlenir.
Reosta direnci azalır.
Reosta sürgüsünün hareket ettirilmesi devrenin aktif direncini değiştirir.
2
Akım değişimi incelenir.
Ana kol akımı artar.
Ohm Kanunu bağıntısına göre direnç azaldıkça akım artış gösterir.
3
Manyetik alan ve akı değişimi hesaplanır.
Manyetik akı artar.
Bobin içindeki manyetik alan (BIB \propto I) akımla doğru orantılıdır, bu da manyetik akıyı (Φ=BA\Phi = B \cdot A) artırır.
4
Öz-indüksiyon akımının yönü ve oluşumu tespit edilir.
Öz-indüksiyon akımı oluşur.
Lenz Kanunu'na göre bobin, içindeki manyetik akı artışını engellemek için artışı azaltacak yönde (ana kol akımına zıt yönde) bir öz-indüksiyon akımı oluşturur.

Anahtar Kavram

Öz-indüksiyon akımının oluşum mekanizması ve Lenz Kanunu
Soru 3252Soru

Sürtünmelerin ve yerin manyetik alanının önemsiz olduğu bir ortamda, düşey bir yayın ucuna asılmış, kutupları düşey doğrultuda olan bir çubuk mıknatıs, yatay düzleme sabitlenmiş iletken tel halkanın üzerinde basit harmonik hareket yapmaktadır. Mıknatısın NN kutbu alt taraftadır.

Mıknatısın hareketi sırasında gerçekleşen olaylarla ilgili;

I. Mıknatıs halkaya doğru yaklaşırken, halkadan geçen manyetik akı artar ve halkanın üst yüzeyi bir NN kutbu gibi davranarak mıknatısa yukarı doğru itecek yönde manyetik kuvvet uygular.
II. Mıknatıs, basit harmonik hareketinin en alt noktasında anlık olarak durduğu anda halkada oluşan indüksiyon akımı sıfırdır.
III. M��knatıs halkadan uzaklaşırken, halkanın mıknatısa uyguladığı manyetik kuvvet yukarı yönlüdür.

yargılarından hangileri doğrudur?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: I ve II

Cevap

I ve II
Mıknatıs halkaya yaklaşırken akı artışını engellemek için yukarı yönlü bir itme kuvvetiyle karşılaşır. En alt dönüş noktasında anlık olarak durduğu anda ise hız sıfır olduğundan akı değişimi gerçekleşmez ve indüksiyon akımı sıfır olur. Dolayısıyla doğru yanıt 'I ve II' yargılarını içeren seçenektir.

Adım Adım Çözüm

1
Mıknatıs halkaya yaklaşırken oluşan indüksiyon etkisini ve kuvvet yönünü Lenz Yasası ile belirlemek.
Mıknatıs aşağı yönde halkaya yaklaşırken halkadan geçen aşağı yönlü manyetik akı artar. Lenz Yasası gereğince halka bu akı artışını azaltmak için yukarı yönlü manyetik alan (BindB_{\text{ind}}) oluşturacak şekilde indüksiyon akımı geçirir. Yukarı yönlü alan oluşturması, halkanın üst yüzeyinin sanal bir NN kutbu gibi davranmasına yol açar ve yaklaşan mıknatısı yukarı doğru iter. Bu nedenle birinci yargı doğrudur.
Mıknatıs yaklaşırken akı değişim yönünü ve buna karşı oluşan manyetik kuvvetin yönünü bulmak amacıyla bu adım uygulanır.
2
Mıknatısın basit harmonik hareketinin en alt noktasında durduğu andaki indüksiyon akımını analiz etmek.
Basit harmonik hareket yapan mıknatıs en alt noktada (genlik noktasında) anlık olarak durur (v=0v=0). Manyetik akı bu konumda maksimum değere ulaşsa da, anlık hız sıfır olduğu için akının zamana göre değişim hızı da sıfırdır (ΔΦΔt=0\frac{\Delta \Phi}{\Delta t} = 0). Faraday Kanunu'na göre (ε=ΔΦΔt\varepsilon = -\frac{\Delta \Phi}{\Delta t}) indüksiyon emk'si ve dolayısıyla indüksiyon akımı da sıfır olur. Bu nedenle ikinci yargı doğrudur.
Konumun maksimum olduğu ama hızın sıfır olduğu anda akının değişim hızını tespit edip indüksiyon emk'sini hesaplamak amacıyla bu adım uygulanır.
3
Mıknatıs halkadan uzaklaşırken (yukarı hareket ederken) etki eden manyetik kuvvetin yönünü bulmak.
Mıknatıs halkadan uzaklaşarak yukarı doğru hareket ederken halkadan geçen aşağı yönlü manyetik akı azalır. Lenz Yasası gereğince halka bu azalışı engellemek için aşağı yönlü bir manyetik alan oluşturacak şekilde indüksiyon akımı üretir (halkanın üst yüzeyi sanal bir SS kutbu gibi davranır). Bu sanal SS kutbu, yukarı doğru uzaklaşmaya çalışan mıknatısın NN kutbunu aşağı doğru çeker. Yani halkanın mıknatısa uyguladığı kuvvet yukarı değil, aşağı yönlüdir. Bu nedenle üçüncü yargı yanlıştır.
Mıknatıs uzaklaşırken akı azalışına karşı oluşan çekim kuvvetinin yönünü belirlemek amacıyla bu adım uygulanır.

Anahtar Kavram

Lenz Yasası ve Faraday İndüksiyon Kanunu
Soru 3253Soru

Sürtünmesiz yatay düzlemde, sayfa düzlemine dik ve içeri doğru yönelmiş düzgün 2 T2\text{ T} büyüklüğündeki manyetik alan içerisine, aralarındaki uzaklık 50 cm50\text{ cm} olan birbirine paralel iki iletken ray yerleştirilmiştir. Rayların bir ucu 5 Ω5\ \Omega'luk bir dirençle kapatılarak bir devre oluşturulmuştur. Raylar üzerinde bulunan iletken bir çubuk, raylara paralel doğrultuda 10 m/s10\text{ m/s} sabit hızla çekilmektedir.

Rayların ve çubuğun elektriksel direnci önemsiz olduğuna göre, çubuğun bu sabit hızla hareketine devam edebilmesi için çubuğa uygulanması gereken dış kuvvetin büyüklüğü kaç N\text{N} olmalıdır?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: 2

Cevap

Çubuğun sabit hızla hareketine devam edebilmesi için uygulanması gereken dış kuvvetin büyüklüğü 2 N2\text{ N} olmalıdır.
Çubuk 10 m/s10\text{ m/s} sabit hızla çekildiğinde, uçları arasında oluşan indüksiyon EMK'si ε=Bv=20,510=10 V\varepsilon = B \cdot \ell \cdot v = 2 \cdot 0,5 \cdot 10 = 10\text{ V} olur. Bu EMK altında devreden geçen indüksiyon akımı I=εR=105=2 AI = \frac{\varepsilon}{R} = \frac{10}{5} = 2\text{ A} olarak bulunur. Manyetik alan içindeki bu çubuğa etki eden manyetik kuvvet FB=BI=220,5=2 NF_B = B \cdot I \cdot \ell = 2 \cdot 2 \cdot 0,5 = 2\text{ N} olur ve bu kuvvet hareket yönüne zıttır. Çubuğun sabit hızla (ivmesiz) hareket edebilmesi için net kuvvetin sıfır olması gerektiğinden, uygulanması gereken dış kuvvetin büyüklüğü de manyetik kuvvete eşit, yani 2 N2\text{ N} olmalıdır.

Adım Adım Çözüm

1
Çubuğun uçları arasında indüklenen elektromotor kuvvetini (EMK) hesaplayın.
ε=10 V\varepsilon = 10\text{ V}
Manyetik alanda hareket eden iletken çubuğun uçları arasında ε=Bv\varepsilon = B \cdot \ell \cdot v bağıntısına göre indüksiyon EMK'si oluşur.
2
Oluşan indüksiyon akımının şiddetini hesaplayın.
I=2 AI = 2\text{ A}
Ohm Yasası (I=εRI = \frac{\varepsilon}{R}) kullanılarak devreden geçen akım bulunur.
3
Akım geçen çubuğa etki eden manyetik kuvveti bulun.
FB=2 NF_B = 2\text{ N}
Manyetik alan içindeki akım taşıyan tele etki eden kuvvet FB=BIF_B = B \cdot I \cdot \ell formülüyle hesaplanır.
4
Sabit hızlı hareket için gerekli olan dış kuvveti belirleyin.
Fdıs\c=2 NF_{dış} = 2\text{ N}
Newton'ın Birinci Hareket Yasası'na göre, bir cismin sabit hızla hareket edebilmesi için üzerindeki net kuvvet sıfır olmalıdır (Fdıs\c=FBF_{dış} = F_B).

Anahtar Kavram

İletken tellerin manyetik alandaki hareketiyle oluşan indüksiyon EMK'si, Ohm Yasası ile akım hesabı ve akım geçen tellere uygulanan manyetik kuvvetin Newton mekaniği ilkeleriyle dengelenmesi.
Soru 3254Soru

Düşey konumda yerleştirilmiş içi boş silindirik bir kap, merkezinden geçen düşey eksen etrafında döndürülmektedir. Silindirin iç yan yüzeyinde bulunan mm kütleli küçük bir kutu, silindir ω\omega büyüklüğünde sabit açısal süratle dönerken düşey doğrultuda kaymadan silindirle birlikte hareket etmektedir.

Buna göre, silindirin açısal sürati artırılarak 2ω2\omega yapıldığında kutunun hareketi ve kutuya etki eden kuvvetlerle ilgili;

I. Kutuya etki eden net kuvvetin büyüklüğü artar.
II. Silindir yüzeyinin kutuya uyguladığı normal kuvvetin büyüklüğü artar.
III. Kutuya etki eden sürtünme kuvvetinin büyüklüğü artar.

yargılarından hangileri doğrudur?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: I ve II

Cevap

I ve II öncüllerini içeren seçenek doğrudur. Açısal sürat artırıldığında cisme etki eden net kuvvet ve silindirin uyguladığı normal kuvvet artarken, düşeydeki sürtünme kuvveti sabit kalır.
Doğru seçenekte belirtildiği gibi, kutunun düşeyde dengede kalması nedeniyle sürtünme kuvveti her iki durumda da kutunun ağırlığına (mgmg) eşittir ve değişmez. Kutunun çembersel hareket yapmasını sağlayan yatay merkezcil kuvvet ise silindir duvarının uyguladığı normal kuvvettir (N=mω2rN = m \omega^2 r). Açısal sürat iki katına çıktığında normal kuvvet ve dolayısıyla net kuvvet artar.

Adım Adım Çözüm

1
Düşey doğrultudaki kuvvet dengesini kurmak.
fs=mgf_s = m \cdot g eşitliği elde edilir.
Kutu düşey doğrultuda hareket etmediği için düşeydeki net kuvvet sıfır olmalıdır. Bu durumda yukarı yönlü statik sürtünme kuvveti, aşağı yönlü yer çekimi kuvvetine eşit büyüklükte olmalıdır.
2
Yatay doğrultudaki net kuvveti ve merkezcil kuvveti belirlemek.
N=Fnet=mω2rN = F_{net} = m \cdot \omega^2 \cdot r eşitliği elde edilir.
Kutunun yatay düzlemde çembersel hareket yapabilmesi için merkeze doğru bir net kuvvete ihtiyacı vardır. Bu net kuvvet, yüzeyin tepki (normal) kuvvetidir.
3
Açısal sürat 2ω2\omega yapıldığında kuvvetlerin yeni değerlerini hesaplamak.
N=4NN' = 4N ve fs=fsf_s' = f_s olur.
Açısal sürat iki katına çıktığında merkezcil kuvvet (normal kuvvet) dört katına çıkar. Düşey dengeden dolayı statik sürtünme kuvveti yine mgm \cdot g büyüklüğünde kalır.

Anahtar Kavram

Dönen silindir içinde kaymadan duran cisimlerde kuvvet dengesi ve merkezcil kuvvet ilişkisi.
Soru 3255Soru

Düşey eksen etrafında dönen silindir biçimli bir kurutucu tamburunun iç yan yüzeyinde bulunan bir giysi, tambur sabit ω\omega açısal süratiyle dönerken tambur yüzeyinde kaymadan dengede kalmaktadır.

Buna göre; giysi, tambur ve giysiye etki eden kuvvetler ile ilgili,

I. Giysiye etki eden sürtünme kuvveti, yer çekimi kuvvetine eşit büyüklüktedir.
II. Tambur yüzeyinin giysiye uyguladığı normal kuvveti, dairesel hareketin merkezine doğru olan net kuvvettir.
III. Giysinin kütlesi daha büyük olsaydı, kaymadan dengede kalabilmesi için tamburun minimum açısal sürati daha büyük olmalıydı.

yargılarından hangileri doğrudur?
(Havanın etkisi ihmal edilmektedir.)

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: I ve II

Cevap

Giysiye etki eden sürtünme kuvvetinin yer çekimi kuvvetine eşit büyüklükte olması ve tamburun uyguladığı normal kuvvetin dairesel hareketin merkezine doğru olan net kuvvet olması ifadeleri doğrudur.
Giysinin düşey doğrultuda kaymadan dengede kalabilmesi, üzerine etki eden net düşey kuvvetin sıfır olmasını gerektirir; bu da sürtünme kuvvetinin giysinin ağırlığına eşit büyüklükte olması demektir. Yatay doğrultuda ise giysiye uygulanan normal kuvvet dairesel yörüngenin merkezine doğrudur ve net kuvvet yani merkezcil kuvvet görevi görür. Denge sınır koşulu olan sürtünme kuvvetinin ağırlığı karşılaması eşitsizliğinde kütleler sadeleştiği için minimum açısal sürat kütleye bağlı değildir.

Adım Adım Çözüm

1
Giysiye düşey doğrultuda etki eden kuvvetleri belirlemek ve denge durumunu analiz etmek.
fs=mgf_s = mg (Sürtünme kuvvetinin b��yüklüğü yer çekimi kuvvetine eşittir.)
Giysi düşey doğrultuda hareket etmediği için düşey net kuvvet sıfır olmalıdır. Yukarı yönlü statik sürtünme kuvveti, aşağı yönlü yer çekimi kuvvetini dengelemektedir.
2
Giysiye yatay doğrultuda etki eden kuvvetleri ve çembersel hareketin merkezcil kuvvetini belirlemek.
N=Fmerkezcil=mω2RN = F_{\text{merkezcil}} = m \omega^2 R
Yatay doğrultuda giysiye etki eden tek kuvvet tambur yüzeyinin uyguladı��ı normal kuvvettir. Bu kuvvet yörüngenin merkezine doğru yönelmiş olup merkezcil kuvvet görevi görür.
3
Giysinin kaymadan dengede kalabilmesi için gerekli olan minimum açısal sürat ifadesini türetmek ve kütleye bağlılığını incelemek.
ωmin=gkR\omega_{\text{min}} = \sqrt{\frac{g}{k R}}
Kaymama şartı olan fsfs,maxf_s \leq f_{s,\text{max}} ifadesinde mgkNmg \leq k \cdot N ve buradan mgkmω2Rmg \leq k \cdot m \omega^2 R yazıldığında kütleler (mm) karşılıklı olarak sadeleşir. Bu nedenle minimum açısal sürat giysinin kütlesine bağlı değildir.

Anahtar Kavram

Düşey dönen silindir içinde kaymadan dönen cisimlerin dengesi ve merkezcil kuvvet analizi.
Tahmini Süre:2m 0s
Soru 3256Soru

Düşey eksen etrafında yatay düzlemde sabit ω\omega açısal süratiyle dönen sürtünmeli bir tablanın üzerindeki mm kütleli K cismi ile 2m2m kütleli L cismi, sırasıyla rr ve 2r2r uzaklıkta tabla ile birlikte kaymadan dönmektedir.

Buna göre,

I. Cisimlere etki eden sürtünme kuvvetleri, dönme merkezinden dışarıya doğrudur.
II. L cismine etki eden sürtünme kuvvetinin büyüklüğü, K cismine etki eden sürtünme kuvvetinin büyüklüğünün 4 katıdır.
III. Tablanın açısal sürati yavaşça artırıldığında ilk olarak L cismi kaymaya başlar. (Cisimler ile tabla arasındaki sürtünme katsayıları eşittir.)

ifadelerinden hangileri doğrudur?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: II ve III

Cevap

L cismine etki eden sürtünme kuvvetinin büyüklüğü, K cismine etki eden sürtünme kuvvetinin büyüklüğünün 4 katıdır ve tablanın açısal sürati artırıldığında ilk olarak L cismi kaymaya başlar. Bu nedenle II ve III ifadeleri doğrudur.
Statik sürtünme kuvveti merkezcil kuvvet görevini gördüğü için yönü merkeze doğrudur. Kuvvet büyüklükleri formülünden L'ye etki eden kuvvet K'ninkinin 4 katıdır. Kaymaya başlama sınırı olan limit açısal sürat kütleye bağlı olmayıp yarıçap ile ters orantılı olduğundan, yarıçapı büyük olan L cismi daha önce kaymaya başlar. Bu nedenle ikinci ve üçüncü ifadeler doğrudur.

Adım Adım Çözüm

1
Cisimlere etki eden net kuvveti ve sürtünme kuvvetinin yönünü belirleme
Yatay düzlemde kaymadan dönen cisimler için net kuvvet merkezcil kuvvettir. Bu kuvveti sağlayan tek yatay kuvvet statik sürtünme kuvvetidir. Dolayısıyla sürtünme kuvveti dönme merkezine doğrudur. Bu durum birinci ifadenin yanlış olduğunu gösterir.
Çembersel hareketin gerçekleşmesi için cisim üzerine merkez doğrultusunda içe doğru net bir kuvvet etki etmelidir.
2
K ve L cisimlerine etki eden sürtünme kuvvetlerinin büyüklüklerini hesaplama
fK=mω2rf_K = m \cdot \omega^2 \cdot r ve fL=2mω2(2r)=4mω2rf_L = 2m \cdot \omega^2 \cdot (2r) = 4m \cdot \omega^2 \cdot r bulunur. Buradan fL=4fKf_L = 4f_K elde edilir. Bu durum ikinci ifadenin doğru olduğunu gösterir.
Kaymadan dönen cisimler için statik sürtünme kuvveti, o anki merkezcil kuvvete (mω2rm \omega^2 r) eşit büyüklüktedir.
3
Cisimlerin kaymaya başlayacağı limit açısal süratleri karşılaştırma
Kaymama şartı fsfs,max    mω2rμmg    ωμgrf_s \leq f_{s,max} \implies m \omega^2 r \leq \mu m g \implies \omega \leq \sqrt{\frac{\mu g}{r}} şeklindedir. K cismi için limit açısal sürat ωK=μgr\omega_K = \sqrt{\frac{\mu g}{r}}, L cismi için ωL=μg2r\omega_L = \sqrt{\frac{\mu g}{2r}} olur. ωL<ωK\omega_L < \omega_K olduğundan açısal sürat artırıldığında ilk olarak L cismi kaymaya başlar. Bu durum üçüncü ifadenin doğru olduğunu gösterir.
Limit sürat formülünde kütle sadeleştiği için kayma sınırı kütleye bağlı değildir, sadece yarıçap ile ters orantılıdır.

Anahtar Kavram

Yatay düzlemde düzgün çembersel hareket yapan cisimler için sürtünme kuvvetinin merkezcil kuvvet görevi görmesi ve kayma sınırının analizi
Soru 3257Soru

Sürtünmelerin ihmal edildiği, yatay düzlemle θ\theta açısı yapacak şekilde eğimli tasarlanmış dairesel bir virajda, mm kütleli bir otomobil rr yarıçaplı yatay yörüngede sabit vv süratiyle savrulmadan güvenle dönmektedir.

Buna göre otomobilin bu hareketiyle ilgili,

I. Otomobile etki eden net kuvvet, yatay doğrultuda ve dairesel yörüngenin merkezine doğrudur.
II. Yolun otomobile uyguladığı normal tepki kuvvetinin büyüklüğü, otomobilin ağırlığından büyüktür.
III. Otomobilin kütlesi iki katına çıkarılırsa, aynı yörüngede güvenle dönebileceği sürat yarıya iner.

yargılarından hangileri doğrudur?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: I ve II

Cevap

Net kuvvet yatay doğrultuda dairesel yörüngenin merkezine doğrudur ve yolun tepki kuvveti aracın ağırlığından büyüktür. Güvenli sürat ise kütleden bağımsızdır.
Düzgün çembersel hareket yapan otomobil yatay bir yörüngede döndüğü için ivmesi ve dolayısıyla net kuvvet yatay doğrultuda merkeze doğrudur. Düşey doğrultuda ivmelenme olmadığından, yolun uyguladığı normal kuvvetin düşey bileşeni otomobilin ağırlığını dengeler (Ncosθ=mgN \cos\theta = mg). Bu durumda normal kuvvetin büyüklüğü ağırlıktan büyüktür (N>mgN > mg). Güvenli dönme sürati ise v=rgtanθv = \sqrt{rg \tan\theta} olup otomobilin kütlesine bağlı değildir. Dolayısıyla birinci ve ikinci yargılar doğru, üçüncü yargı yanlıştır.

Adım Adım Çözüm

1
Otomobile etki eden kuvvetleri belirleme ve kuvvet analizi yapma.
Otomobile etki eden gerçek fiziksel kuvvetler, yerçekimi kuvveti (mgmg, aşağı doğru) ve yolun otomobile uyguladığı dik normal tepki kuvvetidir (NN, eğimli yola dik). Fiziksel bir kuvvet olmayan merkezkaç kuvveti gösterilmez.
Doğru bir dinamik analizi yapabilmek için cisim üzerindeki gerçek kuvvetlerin net olarak ortaya konulması gerekir.
2
Düşey doğrultudaki kuvvet dengesini inceleme.
Otomobil düşey doğrultuda ivmelenmediği için düşey kuvvetlerin bileşkesi sıfırdır. Normal tepki kuvvetinin düşey bileşeni olan NcosθN \cos\theta, yerçekimi kuvvetini dengeler: Ncosθ=mg    N=mgcosθN \cos\theta = mg \implies N = \frac{mg}{\cos\theta}. Eğim açısı sıfırdan büyük (0<θ<900 < \theta < 90^\circ) olduğu için cosθ<1\cos\theta < 1 olur ve buradan N>mgN > mg sonucu çıkar.
Yatay yörüngede hareket eden aracın düşeyde dengede olması prensibini kullanarak normal kuvvetin ağırlıkla olan ilişkisini saptamak için.
3
Yatay doğrultudaki net kuvveti yazarak güvenli sürati hesaplama.
Yatay doğrultudaki net kuvvet, dairesel hareketin merkezine doğru yönelmiş olan merkezcil kuvvettir. Bu kuvvet normal kuvvetin yatay bileşeni olan NsinθN \sin\theta ile sağlanır: Nsinθ=mv2rN \sin\theta = \frac{mv^2}{r}. NN yerine birinci adımdaki karşılığı yazıldığında, mgtanθ=mv2r    v=rgtanθmg \tan\theta = \frac{mv^2}{r} \implies v = \sqrt{rg \tan\theta} elde edilir. Bu ifadeye göre güvenli sürat kütleye bağlı değildir.
Yatay dairesel yörüngedeki çembersel hareketin dinamik denklemini kurarak güvenli süratin kütleye olan bağımlılığını belirlemek için.

Anahtar Kavram

Eğimli virajda çembersel hareket yapan cismin net kuvvet (merkezcil kuvvet) ve normal kuvvet bileşenlerinin analizi.
Soru 3258Soru

Kütleleri MM, yarıçapları RR olan homojen içi boş bir silindir ile homojen içi dolu bir silindir, yatay bir düzlemde kaymadan dönerek öteleme hareketi yapmaktadır. Silindirlerin kütle merkezlerinin çizgisel hız büyüklükleri birbirine eşittir.

Buna göre, bu silindirlerin hareketleriyle ilgili;

I. İçi boş silindirin dönme kinetik enerjisi, içi dolu silindirin dönme kinetik enerjisinin 22 katıdır.
II. İçi boş silindirin toplam kinetik enerjisi, içi dolu silindirin toplam kinetik enerjisinden büyüktür.
III. Silindirlerin kütle merkezlerine göre açısal momentumlarının büyüklükleri birbirine eşittir.

yargılarından hangileri doğrudur?
(İçi boş silindirin eylemsizlik momenti Ibos¸=MR2I_{\text{boş}} = MR^2, içi dolu silindirin eylemsizlik momenti Idolu=12MR2I_{\text{dolu}} = \frac{1}{2}MR^2’dir.)

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: I ve II

Cevap

I ve II
Aynı çizgisel hızla kaymadan dönen silindirlerin açısal hızları da eşittir. Eylemsizlik momenti daha büyük olan içi boş silindirin dönme kinetik enerjisi ve buna bağlı olarak toplam kinetik enerjisi daha büyüktür. Bu nedenle 'I ve II' yargıları doğrudur.

Adım Adım Çözüm

1
Dönme kinetik enerjilerini karşılaştırma
İçi boş silindirin dönme kinetik enerjisi, içi dolu silindirin dönme kinetik enerjisinin 22 katıdır (Birinci öncül doğrudur).
Silindirlerin açısal hızları ω=vR\omega = \frac{v}{R} olup eşittir. Dönme kinetik enerjisi formülü Ed=12Iω2E_d = \frac{1}{2}I\omega^2 kullanıldığında, içi boş silindir için Ed,bos¸=12MR2ω2=12Mv2E_{d,\text{boş}} = \frac{1}{2}MR^2\omega^2 = \frac{1}{2}Mv^2 ve içi dolu silindir için Ed,dolu=14MR2ω2=14Mv2E_{d,\text{dolu}} = \frac{1}{4}MR^2\omega^2 = \frac{1}{4}Mv^2 elde edilir.
2
Toplam kinetik enerjileri karşılaştırma
İçi boş silindirin toplam kinetik enerjisi, içi dolu silindirin toplam kinetik enerjisinden büyüktür (İkinci öncül doğrudur).
Toplam kinetik enerji, öteleme (Eo=12Mv2E_o = \frac{1}{2}Mv^2) ve dönme kinetik enerjilerinin toplamıdır. İçi boş silindirin toplam enerjisi Etop,bos¸=12Mv2+12Mv2=Mv2E_{\text{top,boş}} = \frac{1}{2}Mv^2 + \frac{1}{2}Mv^2 = Mv^2 iken içi dolu silindirin toplam enerjisi Etop,dolu=12Mv2+14Mv2=34Mv2E_{\text{top,dolu}} = \frac{1}{2}Mv^2 + \frac{1}{4}Mv^2 = \frac{3}{4}Mv^2 olur.
3
Kütle merkezine göre açısal momentumları karşılaştırma
Silindirlerin kütle merkezlerine göre açısal momentumları eşit değildir (Üçüncü öncül yanlıştır).
Açısal momentum L=IωL = I\omega bağıntısıyla bulunur. Silindirlerin açısal hızları eşit olsa da eylemsizlik momentleri farklı (Ibos¸=2IdoluI_{\text{boş}} = 2I_{\text{dolu}}) olduğu için açısal momentum büyüklükleri eşit olamaz (Lbos¸=2LdoluL_{\text{boş}} = 2L_{\text{dolu}}).

Anahtar Kavram

Kaymadan dönerek öteleme hareketi yapan cisimlerin toplam kinetik enerjisi, kütle merkezinin öteleme kinetik enerjisi ile dönme kinetik enerjisinin toplamıdır. Açısal momentum ise cismin eylemsizlik momenti ile açısal hızının çarpımına eşittir.
Soru 3259Soru

İletken ve kapalı bir halkanın ekseni doğrultusunda tutulan bir çubuk mıknatıs halkaya doğru yaklaştırılmaktadır. Bu süreçte halkada meydana gelen fiziksel olayların nedensel gerçekleşme sırasını ilk adımdan son adıma doğru sıralayınız.

Öğeleri doğru sıraya koymak için sürükleyin

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap

Doğru sıralama: Halka yüzeyinden geçen manyetik akının zamanla artmaya başlaması -> Zamanla değişen manyetik akı nedeniyle halkada bir indüksiyon elektromotor kuvvetinin (EMK) indüklenmesi -> Kapalı devrede oluşan indüksiyon EMK'sinin etkisiyle bir indüksiyon akımının dolaşmaya başlaması -> İndüksiyon akımının, Lenz Yasası gereği kendisini oluşturan akı artışını engelleyecek yönde bir manyetik alan oluşturması şeklindedir.
Elektromanyetik indüksiyon süreci dış etkiyle başlar: Mıknatısın hareketiyle halkadaki manyetik akı artar. Akı değişimi Faraday Yasası uyarınca indüksiyon EMK'sini oluşturur. Kapalı devredeki bu EMK bir indüksiyon akımına yol açar. Son olarak akım geçen halka, Lenz Yasası uyarınca akı değişimine karşı koyacak bir manyetik alan üretir. Bu nedenle sıralama 1-2-3-4 şeklindedir.

Adım Adım Çözüm

1
Dış etki olan mıknatısın hareketinin halka üzerindeki manyetik etkisini belirlemek.
Mıknatıs halkaya yaklaştığı için halka içinden geçen manyetik akı zamanla artar.
İndüksiyon olayının tetiklenmesi için öncelikle halkadan geçen manyetik akının değişmesi (ΔΦ0 \Delta\Phi \neq 0 ) gerekir.
2
Akı değişiminin halkada oluşturduğu elektriksel potansiyel farkı (EMK) tespit etmek.
Zamanla değişen manyetik akı, halkada bir indüksiyon elektromotor kuvveti (EMK) indükler.
Faraday Yasası'na göre indüksiyon EMK'sinin büyüklüğü birim zamandaki akı değişimine eşittir (ε=ΔΦΔt \varepsilon = -\frac{\Delta\Phi}{\Delta t} ).
3
Oluşan EMK'nin kapalı iletken halka üzerindeki elektrik akımı oluşturma etkisini analiz etmek.
Halkada indüksiyon akımı oluşur ve dolanmaya başlar.
Ohm Yasası gereği kapalı bir devrede potansiyel fark (EMK) varsa akım meydana gelir (I=εR I = \frac{\varepsilon}{R} ).
4
Oluşan indüksiyon akımının ürettiği manyetik alanı Lenz Yasası çerçevesinde incelemek.
Halkada dolaşan akım, kendisini oluşturan dış manyetik akı artışını azaltacak yönde (dış manyetik alana zıt) bir indüksiyon manyetik alanı oluşturur.
Lenz Yasası'na göre indüksiyon akımının yönü, kendisini oluşturan akı değişimine karşı koyacak şekildedir.

Anahtar Kavram

Faraday ve Lenz Yasaları çerçevesinde elektromanyetik indüksiyonun nedensel aşamaları.
Tahmini Süre:2m 0s
Soru 3260Soru

Yatay bir düzlem üzerinde kaymadan dönerek öteleme hareketi yapan bir tekerleğin kütle merkezinin öteleme hızının büyüklüğü vv��dir. Tekerleğin en dış çeperi üzerindeki mm kütleli noktasal bir cismin, kütle merkeziyle aynı yatay doğrultuda bulunduğu andaki yere göre anlık kinetik enerjisi E1E_1, yalnızca öteleme hareketinden kaynaklanan kinetik enerjisi ise E2E_2’dir.

Buna göre, cismin bu andaki kinetik enerjilerinin oranı E1E2\frac{E_1}{E_2} kaçtır?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: 2

Cevap

Anlık kinetik enerjinin öteleme kinetik enerjisine oranının 2 olduğunu belirten seçenek doğrudur.
Tekerlek kaymadan döndüğü için çeper üzerindeki noktanın merkezine göre dönme hızı ile öteleme hızı eşit büyüklüktedir (vv). Kütle merkezi ile aynı yatay hizadaki noktada bu iki hız bileşeni birbirine diktir. Pisagor teoreminden anlık hızın büyüklüğü vanlık=2vv_{\text{anlık}} = \sqrt{2}v olur. Kinetik enerji hızın karesiyle orantılı olduğundan, anlık kinetik enerji öteleme kinetik enerjisinin 2 katına eşit olur.

Adım Adım Çözüm

1
Kütle merkezinin öteleme hızı ile çeperdeki noktanın dönme hızının büyüklükleri belirlenir.
Öteleme hızı vo¨t=vv_{\text{öt}} = v ve kaymadan dönme şartından dolayı çeper üzerindeki noktanın dönme hızı vdo¨n=vv_{\text{dön}} = v olur.
Kaymadan dönerek öteleme hareketinde en dış çeperdeki her noktanın merkeze göre dönme hızı, kütle merkezinin öteleme hızına eşittir.
2
Belirtilen konumda hız vektörlerinin yönleri belirlenerek anlık hız hesaplanır.
Yatay hizadaki nokta için öteleme hızı yatay, dönme hız�� ise düşey doğrultudadır. Aralarındaki açı 9090^{\circ} olduğundan anlık hızın büyüklüğü vanlık=v2+v2=2vv_{\text{anlık}} = \sqrt{v^2 + v^2} = \sqrt{2}v olarak bulunur.
Yere göre anlık hız, öteleme ve dönme hız vektörlerinin bileşkesidir.
3
Anlık kinetik enerji ile yalnızca öteleme hareketinden kaynaklanan kinetik enerjinin oranı hesaplanır.
E1=12m(2v)2=mv2E_1 = \frac{1}{2}m(\sqrt{2}v)^2 = mv^2 ve E2=12mv2E_2 = \frac{1}{2}mv^2 olduğundan E1E2=2\frac{E_1}{E_2} = 2 bulunur.
Kinetik enerji formülü olan E=12mv2E = \frac{1}{2}mv^2 ifadesinde hızların kareleri oranlanarak sonuca ulaşılır.

Anahtar Kavram

Kaymadan dönerek öteleme hareketinde anlık hız vektörlerinin yönelimi ve bu hızların bileşkesinin kinetik enerjiye etkisi.
Tahmini Süre:1m 30s
ÖncekiSayfa 163 / 437Sonraki
Tüm alıştırma soruları — YKS AYT (Alan Yeterlilik Testi) | Examkin