Kuvvet ve Hareket

158 soru

Soru 141Soru

Sürtünmesiz yatay düzlemde durmakta olan 3 kg3\text{ kg} kütleli bir cisim, iç patlama sonucu 1 kg1\text{ kg}, 1 kg1\text{ kg} ve 1 kg1\text{ kg} kütleli üç parçaya ayrılıyor. 1 kg1\text{ kg} kütleli parçalardan ikisi birbirine dik doğrultularda sırasıyla 12 m/s12\text{ m/s} ve 16 m/s16\text{ m/s} büyüklüğündeki hızlarla hareket ettiğine göre, üçüncü parçanın patlamadan hemen sonraki hızının b��yüklüğü kaç m/s\text{m/s} olur?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: 20

Cevap

Üçüncü parçanın patlamadan hemen sonraki hızının büyüklüğü 20 m/s'dir.
Dış kuvvetlerin etkisinde olmayan sistemde çizgisel momentum korunur. Başlangıçta durmakta olan cismin çizgisel momentumu sıfırdır. Patlama sonucunda oluşan parçalardan ikisinin birbirine dik çizgisel momentumlarının bileşkesi 20 kgm/s20\text{ kg}\cdot\text{m/s} olduğundan, toplam momentumun sıfır kalabilmesi için üçüncü parçanın momentum büyüklüğü de 20 kgm/s20\text{ kg}\cdot\text{m/s} olmalıdır. Üçüncü parçanın kütlesi 1 kg1\text{ kg} olduğundan patlama sonrası hızı 20 m/s20\text{ m/s} olur.

Adım Adım Çözüm

1
Patlamadan önceki toplam çizgisel momentumun belirlenmesi.
Pilk=0P_{ilk} = 0
Cisim patlamadan önce durduğu için başlangıç çizgisel momentumu sıfırdır.
2
İlk iki parçanın çizgisel momentumlarının büyüklüklerinin hesaplanması.
p1=12 kgm/sp_1 = 12\text{ kg}\cdot\text{m/s} ve p2=16 kgm/sp_2 = 16\text{ kg}\cdot\text{m/s}
Her bir parçanın çizgisel momentumu p=mvp = m \cdot v bağıntısı kullanılarak ayrı ayrı hesaplanır.
3
Birbirine dik iki momentum vektörünün bileşkesinin bulunması.
p1+2=20 kgm/sp_{1+2} = 20\text{ kg}\cdot\text{m/s}
Aralarında 9090^\circ açı bulunan vektörlerin toplamı Pisagor bağıntısı yardımıyla hesaplanır.
4
Momentum korunumu ilkesi uygulanarak üçüncü parçanın momentumunun belirlenmesi.
p3=20 kgm/sp_3 = 20\text{ kg}\cdot\text{m/s}
Dış kuvvetlerin yokluğunda sistemin toplam çizgisel momentumunun korunması ve sıfır kalabilmesi için üçüncü parçanın momentumunun, diğer iki parçanın momentum bileşkesini dengelemesi gerekir.
5
Üçüncü parçanın hız büyüklüğünün hesaplanması.
v3=20 m/sv_3 = 20\text{ m/s}
p3=m3v3p_3 = m_3 \cdot v_3 bağıntısında bilinen değerler yerine yazılarak hız bulunur.

Anahtar Kavram

Patlamalarda çizgisel momentumun vektörel korunumu
Soru 142Soru

Doğrusal bir otoyolda 24 m/s24\text{ m/s} sabit hızla seyretmekte olan bir otomobil, yol kenarında durmakta olan bir polis motosikletinin yanından geçtiği anda, motosiklet otomobili yakalamak için aynı yönde 3 m/s23\text{ m/s}^2 büyüklüğündeki sabit ivmeyle hızlanmaya başlar. Buna göre, motosikletin hızı otomobilin hızına eşit olduğu anda, bu iki araç arasındaki uzaklık kaç metredir?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: 96

Cevap

Motosikletin hızı otomobilin hızına eşit olduğu anda aralarındaki uzaklık 96 metredir.
Araçların hızlarının eşitlendiği süre 8. saniyedir. Bu sürede sabit hızlı giden otomobil 192 metre yer değiştirirken, sabit ivmeli hızlanan motosiklet 96 metre yer değiştirir. Aralarındaki mesafe bu iki yer değiştirmenin farkı olan 96 metredir.

Adım Adım Çözüm

1
Araçların hızlarının eşitlendiği süreyi belirlemek.
t=8 st = 8\text{ s}
Motosikletin hızı durgun halden başladığı için vm=amtv_m = a_m \cdot t formülüyle hesaplanır. Motosikletin hızının otomobilin sabit hızına (24 m/s24\text{ m/s}) eşit olması için: 24=3tt=8 s24 = 3 \cdot t \Rightarrow t = 8\text{ s} geçmelidir.
2
Otomobilin bu süre zarfındaki yer değiştirmesini hesaplamak.
xo=192 mx_o = 192\text{ m}
Otomobil sabit hızlı hareket yaptığından yer değiştirmesi xo=votx_o = v_o \cdot t formülüyle bulunur: xo=248=192 mx_o = 24 \cdot 8 = 192\text{ m}.
3
Motosikletin bu süre zarfındaki yer değiştirmesini hesaplamak.
xm=96 mx_m = 96\text{ m}
Motosiklet ilk hızsız sabit ivmeli hareket yaptığından yer değiştirmesi xm=12amt2x_m = \frac{1}{2} a_m t^2 formülüyle bulunur: xm=123(8)2=1.564=96 mx_m = \frac{1}{2} \cdot 3 \cdot (8)^2 = 1.5 \cdot 64 = 96\text{ m}.
4
İki araç arasındaki uzaklığı bulmak.
96 m96\text{ m}
Başlangıçta yan yana olan araçların aralarındaki mesafe yer değiştirmelerinin farkıdır: Δx=xoxm=19296=96 m\Delta x = x_o - x_m = 192 - 96 = 96\text{ m}.

Anahtar Kavram

Bir boyutta sabit ivmeli hareket ve sabit hızlı hareket yapan cisimlerin konum-zaman ve hız-zaman ilişkilerinin analizi.

Alternatif Yöntem

Hız-zaman grafiği yardımıyla da çözülebilir. Yatay eksen zaman, düşey eksen hız olacak şekilde bir grafik çizilir. Otomobil için 24 m/s değerinde yatay bir doğru, motosiklet için ise orijinden başlayıp 8. saniyede 24 m/s değerine ulaşan eğik bir doğru çizilir. 0-8 saniye aralığında bu iki grafik çizgisi arasında kalan bölge bir dik üçgendir. Bu üçgenin alanı iki araç arasındaki mesafeyi doğrudan verir: Alan = (Taban * Yükseklik) / 2 = (24 * 8) / 2 = 96 metredir.
Tahmini Süre:2m 0s
Soru 143Soru

Yerden düşey doğrultuda sabit 10 m/s10\text{ m/s} hızla yükselmekte olan bir balon yerden 40 m40\text{ m} yükseklikteyken, balondaki bir yolcu bir taşı balona göre yatay doğrultuda 15 m/s15\text{ m/s} hızla fırlatıyor. Hava sürtünmesi ihmal edildiğine göre, taşın fırlatıldığı andan yere çarpana kadar geçen sürede aldığı yatay yol kaç metredir? (g=10 m/s2g = 10\text{ m/s}^2 alınız.)

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: 6060

Cevap

Taşın yere çarpana kadar yatayda aldığı yol 60 m60\text{ m}'dir.
Taşın yere göre ilk hızının yatay bileşeni 15 m/s15\text{ m/s}, düşey yukarı bileşeni ise 10 m/s10\text{ m/s}'dir. 40 m40\text{ m} yükseklikten atılan cismin düşey hareket denklemi çözüldüğünde havada kalma süresi 4 s4\text{ s} bulunur. Yatayda sabit hızla hareket ettiği için bu sürede alacağı yol 15×4=60 m15 \times 4 = 60\text{ m} olur.

Adım Adım Çözüm

1
Taşın yere göre ilk hız bileşenlerinin bulunması
v0x=15 m/sv_{0x} = 15\text{ m/s} ve v0y=10 m/sv_{0y} = 10\text{ m/s} (düşey yukarı)
Taş, yükselmekte olan balondan fırlatıldığı için balonun düşey hızını (10 m/s10\text{ m/s}) aynen taşır. Balona göre yatay fırlatılma hızı 15 m/s15\text{ m/s} olduğundan, yere göre hız bileşenleri yatayda 15 m/s15\text{ m/s} ve düşey yukarı yönde 10 m/s10\text{ m/s} olur.
2
Taşın havada kalma süresinin (tt) hesaplanması
t=4 st = 4\text{ s}
Taşın düşey doğrultudaki hareketi, yukarı düşey atış hareketidir. Yere göre konum denklemi yazılırsa: y(t)=y0+v0yt12gt2y(t) = y_0 + v_{0y}t - \frac{1}{2}gt^2 olur. Taş yere çarptığında y=0y = 0 olacağından: 0=40+10t5t2    t22t8=00 = 40 + 10t - 5t^2 \implies t^2 - 2t - 8 = 0 elde edilir. Bu denklemin pozitif kökü t=4 st = 4\text{ s} olarak bulunur.
3
Taşın aldığı yatay yolun (xx) hesaplanması
x=60 mx = 60\text{ m}
Hava sürtünmesi önemsiz olduğundan taş yatay doğrultuda sabit hızlı hareket yapar. Yatayda alınan yol x=v0x×t=15 m/s×4 s=60 mx = v_{0x} \times t = 15\text{ m/s} \times 4\text{ s} = 60\text{ m} bağıntısıyla hesaplanır.

Anahtar Kavram

Hareketli referans sistemlerinden fırlatılan cisimlerin yere göre hız vektörlerinin belirlenmesi ve eğik atış hareketinin yatay/düşey bileşenlerine ayrıştırılarak çözülmesi.
Soru 144Soru

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 145Soru

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 146Soru

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 147Soru

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 148Soru

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 149Soru

Hava sürtünmesinin önemsenmediği bir ortamda, düşey bir duvarın önündeki KK noktasından yatay doğrultuyla 5353^\circ açı yapacak biçimde v0=25 m/sv_0 = 25\text{ m/s} büyüklüğündeki ilk hızla eğik olarak fırlatılan bir cisim, duvara dik olarak çarpmaktadır. Buna göre, cismin fırlatıldığı KK noktasının duvara olan yatay uzaklığı kaç metredir?

(g=10 m/s2g = 10\text{ m/s}^2; sin(53)=0,8\sin(53^\circ) = 0,8; cos(53)=0,6\cos(53^\circ) = 0,6 alınız.)

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: 30

Cevap

Cismin fırlatıldığı noktanın duvara olan yatay uzaklığı 30 metredir.
Cismin duvara dik olarak çarpması, düşey hızının sıfıra ulaştığı an olan tepe noktasında duvara çarptığını gösterir. 20 m/s başlangıç düşey hızıyla tepe noktasına 2 saniyede ulaşılır. Yataydaki sabit 15 m/s hızla bu sürede 30 metre yol alınır.

Adım Adım Çözüm

1
İlk hızın yatay ve düşey bileşenlerini hesaplama
v_{0x} = 15 m/s ve v_{0y} = 20 m/s
Hareketi yatay ve düşey bileşenlerine ayırarak bağımsız analiz etmek için trigonometrik oranlar kullanılır.
2
Tepe noktasına ulaşma süresini belirleme
t = 2 s
Duvara dik çarpma gerçekleştiği için düşey hız bileşeni sıfıra ulaşmıştır, bu da cismin tepe noktasına geldiğini gösterir.
3
Yatay yer değiştirmeyi hesaplama
d = 30 m
Yatay doğrultuda net kuvvet etki etmediğinden cisim yatayda sabit hızlı hareket yapar.

Anahtar Kavram

İki Boyutta Hareket
Soru 150Soru

Hava sürtünmesinin önemsiz olduğu bir ortamda, yüksek bir tepenin kenarından yatay v0v_0 hızıyla fırlatılan bir cismin, hareketinin 3.3\text{.} saniyesindeki hız vektörü ile ivme vektörü arasındaki açı 4545^\circ olmaktadır. Cisim fırlatıldıktan 4 s4\text{ s} sonra yere çarptığına göre, cismin fırlatıldığı tepenin yerden yüksekliği hh kaç metredir? (Yer çekimi ivmesini g=10 m/s2g = 10\text{ m/s}^2 alınız.)

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: 80

Cevap

Cismin fırlatıldığı tepenin yerden yüksekli��i 80 metredir.
Cismin düşey doğrultudaki hareketi serbest düşme olup, yüksekliği belirleyen tek unsur uçuş süresidir. 4 s4\text{ s} süren uçuşta düşeyde alınan yol h=12gt2=12×10×42=80 mh = \frac{1}{2} g t^2 = \frac{1}{2} \times 10 \times 4^2 = 80\text{ m} olarak hesaplanır. Hız ve ivme arasındaki 4545^\circ açı ilişkisi yatay hızın büyüklüğünü bulmamızı sağlasa da, yükseklik hesabı doğrudan düşey hareket süresi üzerinden yapılabilir.

Adım Adım Çözüm

1
Yer çekimi ivmesinin ve hız bileşenlerinin yönleri belirlenir.
Yer çekimi ivmesi düşey doğrultuda aşağı yönlüdür. Hız vektörü ile ivme vektörü arasındaki açının 4545^\circ olması, yatay hız bileşeninin büyüklüğünün düşey hız bileşeninin büyüklüğüne eşit olmasını gerektirir.
Yatay ve düşey doğrultular birbirine dik olduğundan, bileşke vektörün düşeyle 4545^\circ açı yapması ancak bileşenlerin eşitliğiyle mümkündür.
2
3.3\text{.} saniyedeki hız bileşenleri hesaplanır.
vy=gt=10×3=30 m/sv_y = g \cdot t = 10 \times 3 = 30\text{ m/s} ve bu anda vx=vyv_x = v_y olduğundan yatay hız v0=30 m/sv_0 = 30\text{ m/s} bulunur.
Düşey doğrultudaki hareket serbest düşme olduğundan hız yer çekimi ivmesiyle doğru orantılı artar.
3
Tepenin yüksekliği hesaplanır.
h=12gtyere2=12×10×42=80 mh = \frac{1}{2} g t_{yere}^2 = \frac{1}{2} \times 10 \times 4^2 = 80\text{ m}
Cisim yatay doğrultuda fırlatıldığı için düşeyde ilk hızı sıfırdır ve serbest düşme formülü uygulanır.

Anahtar Kavram

Yatay atış hareketinde cismin yatay hızı zamanla değişmezken, düşeydeki hareketi serbest düşmedir.
Soru 151Soru

Yer çekimi ivmesinin g=10 m/s2g = 10\text{ m/s}^2 kabul edildiği ve sürtünmelerin ihmal edildiği bir ortamda, 45 m45\text{ m} yükseklikteki bir uçurumun kenarından yatay v0v_0 hızıyla fırlatılan bir cisim, uçurumdan yatay doğrultuda 60 m60\text{ m} uzaklıkta bulunan 25 m25\text{ m} yüksekliğindeki düşey bir duvarın üst ucuna teğet geçerek hareketine devam etmektedir. Buna göre, cismin fırlatılma hızı v0v_0 kaç m/s\text{m/s}'dir?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: 30

Cevap

Cismin ilk fırlatılma hızı 30 m/s30\text{ m/s}'dir.
Cismin kule tepesinden (45 m45\text{ m}) duvarın üst ucuna (25 m25\text{ m}) gelene kadar yaptığı düşey yer değiştirme 4525=20 m45 - 25 = 20\text{ m}'dir. Düşeyde serbest düşme hareketi gerçekleştiği için h=12gt2h = \frac{1}{2}gt^2 bağıntısından 20=5t2    t=2 s20 = 5t^2 \implies t = 2\text{ s} bulunur. Yatay doğrultuda cisim sabit hızlı hareket yapacağından x=v0tx = v_0 t bağıntısı kullanılarak 60=v0×2    v0=30 m/s60 = v_0 \times 2 \implies v_0 = 30\text{ m/s} sonucuna ulaşılır.

Adım Adım Çözüm

1
Cismin uçurumun kenarından duvarın üst ucuna ulaşana kadar düşey doğrultuda yaptığı yer değiştirmeyi hesaplamak.
Δy=20 m\Delta y = 20\text{ m}
Cismin serbest düşme yaptığı mesafeyi bularak hareket süresini hesaplamada kullanmak.
2
Serbest düşme formülüyle hareket süresini hesaplamak.
t=2 st = 2\text{ s}
Yatay atılan cisimlerin düşeydeki hareketi, ilk hızı sıfır olan serbest düşme hareketiyle aynıdır.
3
Yatay doğrultudaki sabit hızlı hareket formülünü kullanarak yatay hızı hesaplamak.
v0=30 m/sv_0 = 30\text{ m/s}
Sürtünmesiz ortamda yatayda net kuvvet sıfır olduğundan cisim yatay doğrultuda sabit hızlı hareket yapar.

Anahtar Kavram

Yatay atış hareketinde düşey doğrultudaki hareketin serbest düşme, yatay doğrultudaki hareketin ise sabit hızlı hareket olarak bağımsız şekilde incelenmesi.

Alternatif Yöntem

Yatay atış hareketinde süreyi bulmadan yatay ve düşey hareket oranları kullanılarak Δyx=12gt2v0t=gt2v0\frac{\Delta y}{x} = \frac{\frac{1}{2}gt^2}{v_0 t} = \frac{gt}{2v_0} bağıntısı üzerinden de işlem yapılabilir.
Tahmini Süre:2m 0s
Soru 152Soru

Hava sürtünmelerinin önemsenmediği bir ortamda, yerden belirli bir yükseklikteki kulenin tepesinden bir cisim, yatay doğrultuyla 5353^\circ lik açı yapacak şekilde yukarı doğru v0=25 m/sv_0 = 25\text{ m/s} büyüklüğünde hızla fırlatıl��yor. Cisim fırlatıldıktan 5 s5\text{ s} sonra yere çarptığına göre, kulenin yerden yüksekliği (hh) kaç metredir? (Yer çekimi ivmesini g=10 m/s2g = 10\text{ m/s}^2 alınız; sin(53)=08\sin(53^\circ) = 0{}8; cos(53)=06\cos(53^\circ) = 0{}6)

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: 25

Cevap

Kulenin yerden yüksekliği 25 metredir.
Cismin fırlatıldığı andaki düşey hız bileşeni yukarı doğru 20 m/s20\text{ m/s}'dir. Cisim 2 s2\text{ s}'de tepe noktasına ulaşıp maksimum 20 m20\text{ m} yükselir. Kalan 3 s3\text{ s} boyunca serbest düşme yaparak tepe noktasından itibaren 45 m45\text{ m} aşağıya iner. Dolayısıyla kulenin yerden yüksekliği 4520=25 m45 - 20 = 25\text{ m} olarak bulunur.

Adım Adım Çözüm

1
Cismin ilk hızının düşey bileşenini bulma
v0y=v0sin(53)=2508=20 m/sv_{0y} = v_0 \cdot \sin(53^\circ) = 25 \cdot 0{}8 = 20\text{ m/s}
İki boyutta harekette düşey doğrultudaki hareket, düşey hız bileşeni ile yer çekimi ivmesi altındaki sabit ivmeli harekettir.
2
Cismin tepe noktasına çıkış süresini hesaplama
tcikis=v0yg=2010=2 st_{cikis} = \frac{v_{0y}}{g} = \frac{20}{10} = 2\text{ s}
Cismin düşey hızının sıfır olduğu tepe noktasına ulaşması için geçen süredir.
3
Cismin kulenin tepesinden yükselebileceği maksimum mesafeyi bulma
h1=v0y22g=20220=20 mh_1 = \frac{v_{0y}^2}{2g} = \frac{20^2}{20} = 20\text{ m}
Cismin fırlatıldığı seviyeden tepe noktasına kadar çıkarken katettiği düşey mesafedir.
4
Cismin tepe noktasından yere düşme süresini bulma
tinis=ttoplamtcikis=52=3 st_{inis} = t_{toplam} - t_{cikis} = 5 - 2 = 3\text{ s}
Toplam uçuş süresinden çıkış süresi çıkarılarak iniş süresi bulunur.
5
Tepe noktasından yere kadar olan toplam yüksekliği hesaplama
htoplam=12gtinis2=121032=45 mh_{toplam} = \frac{1}{2} g t_{inis}^2 = \frac{1}{2} \cdot 10 \cdot 3^2 = 45\text{ m}
Tepe noktasından sonra cisim düşeyde serbest düşme hareketi yapar.
6
Kulenin yüksekliğini bulma
h=htoplamh1=4520=25 mh = h_{toplam} - h_1 = 45 - 20 = 25\text{ m}
Kulenin yüksekliği, tepe noktasının toplam yüksekliğinden kulenin üstündeki yükselme mesafesinin çıkarılmasıyla bulunur.

Anahtar Kavram

Yer çekimi ivmesinin sabit olduğu sürtünmesiz ortamda iki boyutta hareket (eğik atış) analizi ve düşey/yatay hareket bileşenlerinin bağımsızlığı.

Alternatif Yöntem

Alternatif olarak düşey doğrultudaki tek boyutlu konum denklemi vektörel olarak kullanılabilir: y(t)=y0+v0yt12gt2y(t) = y_0 + v_{0y} t - \frac{1}{2} g t^2. Yere çarptığı anda y(t)=0y(t) = 0 ve fırlatılma yüksekliği y0=hy_0 = h olarak tanımlanırsa; 0=h+20(5)5(25)0=h+100125h=25 m0 = h + 20(5) - 5(25) \Rightarrow 0 = h + 100 - 125 \Rightarrow h = 25\text{ m} elde edilir.
Tahmini Süre:2m 0s
Soru 153Soru

Hava direncinin ihmal edildiği ve yer çekimi ivmesinin g=10 m/s2g = 10\text{ m/s}^2 olduğu bir ortamda, eğim açısı 3737^\circ olan yeterince uzun ve sabit bir eğik düzlemin tepe noktasından bir cisim, yatay doğrultuda v0=20 m/sv_0 = 20\text{ m/s} büyüklüğünde bir hızla fırlatılıyor.

Buna göre, cisim fırlatıldıktan kaç saniye sonra eğik düzlem yüzeyine çarpar?

(sin37=0,6\sin 37^\circ = 0,6; cos37=0,8\cos 37^\circ = 0,8)

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: 3,03,0

Cevap

Uçuş süresi 3,03,0 saniyedir.
Doğru cevap 3,03,0 saniyedir. Cisim yatay doğrultuda v0=20 m/sv_0 = 20\text{ m/s} hızla atıldığından tt sürede yatayda x=20tx = 20t kadar yol alır. Düşey doğrultuda ise yer çekimi ivmesiyle serbest düşme yaparak y=5t2y = 5t^2 kadar yol alır. Eğik düzlem yüzeyine çarptığı anda eğim açısı gereği düşey yer değiştirmenin yatay yer değiştirmeye oranı tan37=34\tan 37^\circ = \frac{3}{4} olmalıdır. Buradan 34=5t220t    34=t4    t=3 s\frac{3}{4} = \frac{5t^2}{20t} \implies \frac{3}{4} = \frac{t}{4} \implies t = 3\text{ s} olarak hesaplanır.

Adım Adım Çözüm

1
Yatay ve düşey doğrultulardaki yer deği��tirme denklemlerini yazmak.
Yatay doğrultudaki sabit hızlı hareketten x=v0t=20tx = v_0 \cdot t = 20t ve düşey doğrultudaki serbest düşme hareketinden y=12gt2=5t2y = \frac{1}{2}gt^2 = 5t^2 denklemleri elde edilir.
Yer çekimi ivmesi sadece düşey doğrultuda etki ettiğinden yatay hız korunurken düşeyde cisim serbest düşme yapar.
2
Eğik düzlemin geometrisini kullanarak yatay ve düşey yer değiştirmeler arasındaki bağıntıyı kurmak.
tan37=yx    34=5t220t\tan 37^\circ = \frac{y}{x} \implies \frac{3}{4} = \frac{5t^2}{20t} denklemi elde edilir.
Cismin eğik düzleme çarptığı andaki yatay ve düşey koordinatlarının oranı, eğik düzlemin yatay ile yaptığı açının tanjant değerine eşit olmalıdır.
3
Elde edilen denklemden zaman (tt) değişkenini çekmek.
34=t4    t=3 s\frac{3}{4} = \frac{t}{4} \implies t = 3\text{ s} bulunur.
İkinci adımdaki rasyonel ifadeler sadeleştirilerek uçuş süresi doğrudan hesaplanır.

Anahtar Kavram

Yatay atış hareketinin bileşenlerinin bağımsızlığı ve eğik düzlem geometrisiyle ilişkilendirilmesi.
Tahmini Süre:2m 0s
Soru 154Soru

Hava etkilerinin tamamen ihmal edildiği bir ortamda, yatay düzlem üzerinde 12 m/s12\text{ m/s} sabit hızla ilerleyen üstü açık bir vagonun tabanından, vagona göre düşey yukarı doğrultuda 16 m/s16\text{ m/s} hızla küçük bir cisim fırlatılıyor. Cisim tekrar vagonun içine düştüğü ana kadar geçen sürede, yerdeki durgun bir gözlemciye göre cismin hız vektörü ile ivme vektörü arasındaki açının alabileceği en küçük değer kaç derecedir?

(g=10 m/s2g = 10\text{ m/s}^2; sin37=cos53=0,6\sin 37^\circ = \cos 53^\circ = 0,6; cos37=sin53=0,8\cos 37^\circ = \sin 53^\circ = 0,8)

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: 37

Cevap

Cismin hız vektörü ile ivme vektörü arasındaki açının alabileceği en küçük değer 37 derecedir.
Yerdeki durgun gözlemciye göre cismin yatay hız bileşeni vagonun hızıyla aynı (12 m/s12\text{ m/s}) kalırken, düşey hız bileşeni iniş sürecinde artarak inişin sonunda maksimum değerine (16 m/s-16\text{ m/s}) ulaşır. Bu anda hız vektörü yatay doğrultuyla aşağı yönlü 5353^\circ açı yapar. Yer çekimi ivmesi her zaman düşey aşağı yönlü olduğundan, hız vektörü ile ivme vektörü arasındaki açı bu anda en küçük değeri olan 3737^\circ değerini alır.

Adım Adım Çözüm

1
Vagonun yatay hızı ile cismin vagona göre düşey ilk hızını birleştirerek yerdeki gözlemciye göre ilk hız vektörünü belirleyin.
Yerdeki gözlemciye göre cismin ilk hız vektörü v0=12i^+16j^ m/s\vec{v}_0 = 12\hat{i} + 16\hat{j}\text{ m/s} olur.
Bağıl hareket ilkelerine göre, cismin yere göre hızı, vagonun hızı ile cismin vagona göre hızının vektörel toplamına eşittir.
2
Cismin havada kalma (uçuş) süresini hesaplayın.
tuc¸us¸=2vy0g=21610=3,2 st_{\text{uçuş}} = \frac{2 \cdot v_{y0}}{g} = \frac{2 \cdot 16}{10} = 3,2\text{ s}
Düşey doğrultudaki hareket yer çekimi ivmesi altında gerçekleşen sabit ivmeli harekettir.
3
Cismin vagona geri düştüğü andaki yere göre hız bileşenlerini belirleyin.
Yatay hız bileşeni vx=12 m/sv_x = 12\text{ m/s} (sabit), düşey hız bileşeni ise vy=16 m/sv_y = -16\text{ m/s} olur.
Yatay doğrultuda net kuvvet etki etmediğinden yatay hız korunur; düşey doğrultuda ise hareket simetrik olduğundan hız büyüklüğ�� aynı kalıp yön değiştirir.
4
Hız vektörünün doğrultusunu belirleyerek yer çekimi ivme vektörü ile arasındaki en küçük açıyı hesaplayın.
Cismin hız vektörü yatay doğrultuyla aşağı yönlü 5353^\circ açı yapar. Düşey yer çekimi ivmesiyle yaptığı açı ise 9053=3790^\circ - 53^\circ = 37^\circ olur. Hareket boyunca açı sürekli azaldığından bu değer en küçük açıdır.
İvme vektörü her an düşey aşağı yönlüdür. Hız vektörünün düşey doğrultuya en çok yaklaştığı an hareketin son anıdır, dolayısıyla aradaki açı bu anda minimum değerine ulaşır.

Anahtar Kavram

İki Boyutta Hareket - Yatay Hızlı Araçtan Atılan Cismin Hareketi ve Vektörel Hız-İvme İlişkisi
Soru 155Soru

Düşey doğrultuda yukarı doğru 10 m/s10\text{ m/s} sabit hızla yükselmekte olan bir balondan, balon yerden belirli bir yükseklikteyken bir taş balona göre yatay doğrultuda 15 m/s15\text{ m/s} hızla fırlatılmaktadır. Sürtünmelerin ihmal edildiği ve yer çekimi ivmesinin g=10 m/s2g = 10\text{ m/s}^2 olduğu ortamda taş, yere 25 m/s25\text{ m/s} büyüklüğünde bir hızla çarpmaktadır. Buna göre, taşın yere çarptığı noktanın, fırlatıldığı anda balonun düşey hizasına olan yatay uzaklığı kaç metredir?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: 45

Cevap

Taşın yere çarptığı noktanın, atıldığı andaki düşey hizasına olan yatay uzaklığı 45 metredir.
Taşın yere göre ilk hızı, balonun yukarı yönlü 10 m/s10\text{ m/s} hızı ile taşın balona göre yatay 15 m/s15\text{ m/s} hızının bileşkesidir. Taş yere 25 m/s25\text{ m/s} hızla çarptığında yatay hızı korunarak 15 m/s15\text{ m/s} kalır, düşey hızı ise aşağı yönlü 20 m/s20\text{ m/s} olur. Düşey hızın +10 m/s+10\text{ m/s}'den 20 m/s-20\text{ m/s}'ye değişmesi 3 s3\text{ s} sürer. Bu sürede yatayda alınan yol 15×3=45 m15 \times 3 = 45\text{ m} olur.

Adım Adım Çözüm

1
Taşın yere göre ilk hız vektörünü belirlemek
v0x=15 m/sv_{0x} = 15\text{ m/s} (yatay) ve v0y=10 m/sv_{0y} = 10\text{ m/s} (yukarı doğru)
Taş balondan fırlatıldığı için yere göre hızı, balonun hızı ile taşın balona göre hızının vektörel toplamına eşittir.
2
Taşın yere çarpma anındaki düşey hızını hesaplamak
vy=20 m/sv_y = 20\text{ m/s} (aşağı doğru)
Yatay hız sürtünmesiz ortamda sabit kalır (vx=15 m/sv_x = 15\text{ m/s}). Yere çarpma hızı 25 m/s25\text{ m/s} olduğundan, Pisagor bağıntısı kullanılarak düşey hız bulunur.
3
Uçuş süresini bulmak
t=3 st = 3\text{ s}
Düşey doğrultudaki hız değişimi yer çekimi ivmesi (g=10 m/s2g = 10\text{ m/s}^2) tarafından belirlenir: Δvy=gt\Delta v_y = g \cdot t formülünden süre çekilir.
4
Yatayda alınan yolu hesaplamak
x=45 mx = 45\text{ m}
Yatay doğrultuda ivme olmadığından cisim sabit hızlı hareket yapar: x=vxtx = v_x \cdot t.

Anahtar Kavram

Balona göre fırlatılan cisimlerin eğik atış hareketi ve bağıl hız prensipleri
Soru 156Soru

Sürtünmesiz yatay bir düzlemde durmakta olan 3 kg3\text{ kg} kütleli bir kutuya, hareket do��rultusuna paralel olacak şekilde 15 N15\text{ N} büyüklüğünde sabit bir net kuvvet 4 s4\text{ s} boyunca uygulanmaktadır. Buna göre, bu 4 s4\text{ s}'lik sürenin sonunda kutunun çizgisel momentumunun büyüklüğü ka�� kgm/s\text{kg}\cdot\text{m/s}'dir?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: 60

Cevap

Kutunun son çizgisel momentumunun büyüklüğü 60 kgm/s60\text{ kg}\cdot\text{m/s}'dir.
Net kuvvetin uygulandığı süre boyunca cisim üzerinde oluşturduğu itme, cismin çizgisel momentumundaki değişime eşittir. Başlangıçta durmakta olan kutunun ilk momentumu sıfır olduğundan, son momentumu doğrudan uygulanan itmeye eşit olur. I=FΔt=15 N4 s=60 NsI = F \cdot \Delta t = 15 \text{ N} \cdot 4 \text{ s} = 60 \text{ N}\cdot\text{s} olup çizgisel momentumun büyüklüğü 60 kgm/s60 \text{ kg}\cdot\text{m/s} olarak bulunur.

Adım Adım Çözüm

1
İlk momentumun belirlenmesi
Pilk=0P_{ilk} = 0
Kutu başlangıçta durduğu için ilk hızı ve dolayısıyla ilk momentumu sıfırdır.
2
İtme (impuls) değerinin hesaplanması
I=60 NsI = 60\text{ N}\cdot\text{s}
Cisme uygulanan net kuvvet ile uygulama süresi çarpılarak itme bulunur: I=FΔt=15 N4 sI = F \cdot \Delta t = 15\text{ N} \cdot 4\text{ s}.
3
Son momentumun bulunması
Pson=60 kgm/sP_{son} = 60\text{ kg}\cdot\text{m/s}
İtme-momentum ilişkisine göre, net itme çizgisel momentumdaki değişime eşittir (I=ΔP=PsonPilkI = \Delta P = P_{son} - P_{ilk}). İlk momentum sıfır olduğundan son momentum itmeye eşit olur.

Anahtar Kavram

İtme ve çizgisel momentum değişimi arasındaki ilişki
Soru 157Soru

Hava direnci ihmal edilmektedir ve yerçekimi ivmesi 10 m/s210\text{ m/s}^2 büyüklüğündedir. Yatay düzlem üzerindeki K noktasından eğik olarak fırlatılan bir cisim, fırlatıldığı noktaya göre yatayda 4 m4\text{ m} ve düşeyde 4 m4\text{ m} yukarıda bulunan L noktasındaki hedefe çarpmaktadır. Cisim tam L noktasına çarptığı anda hız vektörü yatay doğrultuyla aşağı yönlü 4545^\circ lik açı yaptığına göre, cismin K noktasından fırlatılma hızının büyüklüğü kaç m/s\text{m/s}'dir?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: 10

Cevap

Cismin K noktasından fırlatılma hızının büyüklüğü 10 m/s10\text{ m/s}'dir.
Cismin L noktasında yatayla aşağı yönlü 4545^\circ lik açı yapması, son düşey hız büyüklüğünün yatay hıza eşit olmasını gerektirir (vLy=v0xv_{Ly} = -v_{0x}). Yatayda ivmesiz, düşeyde ise 10 m/s210\text{ m/s}^2 ivmeyle hareket eden cismin yer değiştirme ve hız denklemleri ortak çözüldüğünde yatay hız bileşeni v0x=10 m/sv_{0x} = \sqrt{10}\text{ m/s} ve düşey hız bileşeni v0y=310 m/sv_{0y} = 3\sqrt{10}\text{ m/s} olarak bulunur. Bu iki bileşenin vektörel toplamı cismin ilk hızının büyüklüğünü 10 m/s10\text{ m/s} yapar.

Adım Adım Çözüm

1
L noktasındaki hız bileşenleri arasındaki ilişkiyi belirlemek.
vLx=v0xv_{Lx} = v_{0x} ve vLy=v0xv_{Ly} = -v_{0x}
L noktasında hız vektörünün yatayla aşağı yönlü 4545^\circ lik açı yapması, düşey hız bileşeninin büyüklüğünün yatay hız bileşeninin büyüklüğüne eşit ve aşağı yönlü olduğunu gösterir.
2
Yatay hareket denklemini yazmak.
t=4v0xt = \frac{4}{v_{0x}}
Yatay doğrultuda ivmesiz hareket yapıldığı için yatay yer değiştirme formülü kullanılır.
3
Düşey hız ve yer değiştirme denklemlerini birleştirerek ilk hız bileşenleri arasındaki oranı bulmak.
v0y=3v0xv_{0y} = 3v_{0x}
Düşey hız değişimi ve düşey yer değiştirme formülleri ortak çözülerek ilk hız bileşenlerinin birbirine oranı belirlenir.
4
Yatay hız bileşeninin (v0xv_{0x}) büyüklüğünü bulmak.
v0x=10 m/sv_{0x} = \sqrt{10}\text{ m/s}
Zamana bağlı hız denklemi ile yatay hareket denkleminden elde edilen tt ifadesi birleştirilerek yatay hızın büyüklüğü çözülür.
5
İlk hızın büyüklüğünü (v0v_0) hesaplamak.
v0=10 m/sv_0 = 10\text{ m/s}
Pisagor teoremi uygulanarak yatay ve düşey hız bileşenlerinden ilk hız vektörünün büyüklüğü elde edilir.

Anahtar Kavram

İki boyutta sabit ivmeli hareket (eğik atış) denklemlerinin analitik çözümü ve hız-zaman ilişkisi.
Tahmini Süre:3m 0s
Soru 158Soru

Sürtünmesiz yatay düzlemde +x+x yönünde 10 m/s10\text{ m/s} büyüklüğünde sabit hızla hareket etmekte olan 2 kg2\text{ kg} kütleli bir cisme, hareket doğrultusuna dik +y+y yönünde sabit bir net kuvvet uygulandığında cisme aktarılan itme vektörünün büyüklüğü 15 Ns15\text{ N}\cdot\text{s} olmaktadır. Buna göre, bu itme uygulandıktan hemen sonra cismin çizgisel momentumunun büyüklüğü kaç kgm/s\text{kg}\cdot\text{m/s} olur?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: 25

Cevap

İtme uygulandıktan hemen sonra cismin çizgisel momentumunun büyüklüğü 25 kgm/s25\text{ kg}\cdot\text{m/s} olur.
Cismin başlangıçtaki çizgisel momentumu +x+x yönünde 20 kgm/s20\text{ kg}\cdot\text{m/s} büyüklüğündedir. Cisme uygulanan itme ise +y+y yönünde 15 Ns15\text{ N}\cdot\text{s} büyüklüğündedir. İtme momentum değişimine eşit olduğundan son momentum vektörü ilk momentum ile itme vektörünün toplamıdır. Doğrultular birbirine dik olduğu için son momentumun büyüklüğü Pisagor bağıntısı ile 25 kgm/s25\text{ kg}\cdot\text{m/s} olarak hesaplanır.

Adım Adım Çözüm

1
İlk çizgisel momentumun büyüklüğünün hesaplanması
İlk çizgisel momentum 20 kgm/s20\text{ kg}\cdot\text{m/s} büyüklüğünde ve +x+x yönündedir.
Çizgisel momentum, kütle ile hız vektörünün çarpımıdır.
2
İtme ve momentum değişimi ilişkisinin kurulmas��
Son momentum vektörü, ilk momentum ile itme vektörünün toplamına eşittir: Pf=Pi+I\vec{P}_f = \vec{P}_i + \vec{I}
Cisme uygulanan net itme, cismin çizgisel momentumundaki değişime eşittir.
3
Son momentumun büyüklüğünün hesaplanması
Pf=25 kgm/sP_f = 25\text{ kg}\cdot\text{m/s}
+x+x ve +y+y birbirine dik doğrultular olduğundan, vektörel toplama işleminde Pisagor bağıntısı uygulanır.

Anahtar Kavram

İtme vektörü çizgisel momentum değişim vektörüne eşittir ve bu büyüklükler vektörel olarak toplanır.
ÖncekiSayfa 8 / 8
Kuvvet ve Hareket Alıştırma Soruları — YKS AYT (Alan Yeterlilik Testi) — Sayfa 8 | Examkin