Dengelenmiş ve Dengelenmemiş Kuvvetler

5 soru

Soru 1Soru

Günlük yaşamda karşılaşılan bazı fiziksel durumlar ve bu durumlarda cisimlerin maruz kaldığı kuvvetlerin dengelenme koşulları aşağıda verilmiştir. Buna göre, sol sütundaki hareket durumlarını sağ sütundaki en uygun kuvvet açıklamalarıyla eşleştiriniz.

Soldaki öğeye tıklayın, sonra eşleşen sağdaki öğeye tıklayın

Öğeler

Yatay ve düz raylarda sabit hızla ilerleyen bir tren
Yatay bir çalışma masası üzerinde hareketsiz duran bir fizik kitabı
Düz bir yolda kırmızı ışık yeşile döndüğünde hızlanarak kalkış yapan bir otomobil

Eşleşmeler

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap

Tren sabit hızla hareket ettiği için hızı değişmez, dolayısıyla dengelenmiş kuvvetler etkisinde hareketine devam eder. Masa üzerindeki kitap durduğu için dengelenmiş kuvvetler etkisinde durgun kalmaya devam eder. Hızlanan otomobil ise ivmeli hareket yaptığından dengelenmemiş kuvvetlerin etkisi altındadır.
Yatay raylarda sabit hızla giden trenin hızı değişmediğinden net kuvvet sıfırdır (dengelenmiş kuvvetler, hareketli durum). Masada duran kitap hareketsiz olduğundan net kuvvet sıfırdır (dengelenmiş kuvvetler, durgun durum). Hızlanan otomobil ise hız değişimi (ivme) gösterdiğinden net kuvvet sıfırdan farklıdır (dengelenmemiş kuvvetler, ivmeli durum).

Adım Adım Çözüm

1
Dengelenmiş ve dengelenmemiş kuvvet tanımlarını hatırlama
Bir cisme etki eden net kuvvet sıfır ise (Fnet=0F_{net} = 0) cisim dengelenmiş kuvvetlerin etkisindedir. Net kuvvet sıfırdan farklı ise (Fnet0F_{net} \neq 0) cisim dengelenmemiş kuvvetlerin etkisindedir.
Eşleştirmeyi doğru kurabilmek için kavramsal altyapıyı belirlemek.
2
Sabit hızlı tren durumunu inceleme
Tren düz yolda sabit hızla gitmektedir. Hızın büyüklüğü ve yönü değişmediği için ivme sıfırdır (a=0a = 0). İvmenin sıfır olması, net kuvvetin sıfır olduğunu gösterir. Bu durum dengelenmiş kuvvetler altındaki hareket durumuna uyar.
Trenin hareket türüne göre net kuvvet durumunu belirlemek.
3
Hareketsiz duran kitap durumunu inceleme
Kitap masa üzerinde hareketsizdir. Cisim durduğu için ivmesi sıfırdır (a=0a = 0) ve net kuvvet sıfırdır. Bu durum dengelenmiş kuvvetler altındaki durgunluk durumuna uyar.
Kitabın hareket durumuna göre üzerindeki net kuvveti belirlemek.
4
Hızlanan otomobil durumunu inceleme
Otomobil hızlanmaktadır. Hız değişimi olduğu için otomobilin ivmesi sıfırdan farklıdır (a0a \neq 0). İvmeli hareket net kuvvetin varlığını gerektirir. Bu durum dengelenmemiş kuvvetler etkisindeki harekete uyar.
Otomobilin hızlanma hareketine göre net kuvvet durumunu belirlemek.

Anahtar Kavram

Bir cismin dengelenmiş kuvvetler etkisinde olması net kuvvetin sıfır (Fnet=0F_{net} = 0) olması demektir. Bu durumda eylemsizlik prensibi gereği cisim ya durur ya da sabit hızla hareket eder. Dengelenmemiş kuvvetler etkisinde ise net kuvvet sıfırdan farklıdır ve cisim hızlanan veya yavaşlayan (ivmeli) hareket yapar.
Tahmini Süre:1m 30s
Soru 2Soru

Yatay ve sürtünmeli bir zemin üzerinde durmakta olan mm kütleli bir kutuya, yola paralel doğrultuda yatay F\vec{F} kuvveti uygulanmaktadır. Kutu bu kuvvetin etkisi altındayken hareket etmediğine göre;

I. Kutu dengelenmiş kuvvetlerin etkisindedir ve zeminin kutuya uyguladığı statik sürtünme kuvvetinin büyüklüğü uygulanan kuvvetin büyüklüğüne (FF) eşittir.
II. Zeminin kutuya uyguladığı statik sürtünme kuvvetinin büyüklüğü her zaman μsmg\mu_s \cdot m \cdot g formülüyle hesaplanır.
III. Kutunun zemine uyguladığı sürtünme kuvveti ile zeminin kutuya uyguladığı sürtünme kuvveti etki-tepki kuvvet çiftidir ve bu iki kuvvet kutu üzerine etki ederek birbirini dengeler.

yargılarından hangileri doğrudur?

(Zeminin statik sürtünme katsayısı μs\mu_s, yer çekimi ivmesi gg'dir.)

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: Yalnız I

Cevap

Yalnız I yargısı doğrudur. Kutu hareket etmediğinden net kuvvet sıfırdır, dolayısıyla dengelenmiş kuvvetler altındadır ve statik sürtünme kuvveti uygulanan kuvvete eşittir.
Kutu hareketsiz kaldığı için ivmesi sıfırdır ve net kuvvet sıfırdır, yani dengelenmiş kuvvetlerin etkisindedir. Yatay dengeden dolayı statik sürtünme kuvvetinin büyüklüğü uygulanan yatay kuvvete eşittir. Bu nedenle sadece birinci yargı doğrudur.

Adım Adım Çözüm

1
Kutunun hareket durumunu analiz etmek.
Kutu hareket etmediği için ivmesi sıfırdır (a=0a = 0). Newton'ın birinci hareket yasasına göre kutu üzerindeki net kuvvet sıfırdır (Fnet=0F_{net} = 0). Dolayısıyla kutu dengelenmiş kuvvetlerin etkisindedir.
Hareket durumundan net kuvvetin durumunu belirlemek.
2
Yatay doğrultudaki kuvvet dengesini yazmak.
Fnet=Ffs=0    fs=FF_{net} = F - f_s = 0 \implies f_s = F. Yani zeminin uyguladığı statik sürtünme kuvvetinin büyüklüğü, uygulanan kuvvetin büyüklüğüne eşittir. Bu durum birinci yargıyı doğrular.
Statik s��rtünme kuvvetinin büyüklüğünü belirlemek.
3
Statik sürtünmenin sınır değerini ve değişken yapısını incelemek.
Statik sürtünme kuvvetinin büyüklüğü sabit olmayıp sıfırdan maksimum değerine (fs,max=μsmgf_{s,max} = \mu_s \cdot m \cdot g) kadar değişebilir. Kutu harekete geçmediği sürece statik sürtünme kuvveti uygulanan kuvvete eşittir. Bu yüzden her zaman μsmg\mu_s \cdot m \cdot g formülüyle hesaplanmaz. Bu durum ikinci yargıyı geçersiz kılar.
Statik sürtünmenin limit özellikleri ve değişken karakterini açıklamak.
4
Etki-tepki kuvvet çiftinin etki ettiği cisimleri belirlemek.
Kutunun zemine uyguladığı sürtünme kuvveti ile zeminin kutuya uyguladığı sürtünme kuvveti etki-tepki çiftidir. Ancak etki kuvveti zemine, tepki kuvveti ise kutuya etki eder. Farklı cisimlere etki eden bu kuvvetler toplanıp birbirini dengeleyemez. Kutuyu dengeleyen kuvvet, zeminin kutuya uyguladığı sürtünme kuvveti ile kutuya dışarıdan uygulanan FF kuvvetidir. Bu durum üçüncü yargıyı geçersiz kılar.
Etki-tepki yasasının cisimler üzerindeki uygulama şartlarını değerlendirmek.

Anahtar Kavram

Bir cismin dengelenmiş kuvvetler etkisinde olması için net kuvvet sıfır olmalıdır. Statik sürtünme kuvveti uygulanan yatay kuvvete bağlı olarak değişir ve en fazla maksimum değerine ulaşabilir. Etki-tepki kuvvetleri ise farklı cisimlere etki ettiğinden birbirini dengeleyemez.
Soru 3Soru

G��nlük hayatta karşılaşılan bazı hareket durumları ile bu durumların kuvvet-denge sınıflandırmaları aşağıda verilmiştir. Buna göre, sol sütunda yer alan hareket durumlarını sağ sütunda yer alan uygun kuvvet-denge sınıflandırmalarıyla eşleştiriniz.

Soldaki öğeye tıklayın, sonra eşleşen sağdaki öğeye tıklayın

Öğeler

Dikey doğrultuda sabit süratle yükselen bir teleferik kabini
Yatay düzlemdeki dairesel pistte sabit süratle virajı dönen bir yarış arabası
Eğik düzlem üzerinde kaymadan hareketsiz duran bir koli
Yatay yolda frene basılarak düz çizgi boyunca yavaşlayan bir otobüs

Eşleşmeler

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap

Dikey doğrultuda sabit süratle yükselen teleferik kabini kinetik dengededir. Eğik düzlemde duran koli statik dengededir. Dairesel pistte sabit süratle dönen araba yön değişimi sebebiyle ivmeli hareket yapmaktadır ve dengelenmemiş kuvvetler etkisindedir. Yavaşlayan otobüs ise hız büyüklüğü azaldığı için ivmeli hareket yapmaktadır ve dengelenmemiş kuvvetler etkisindedir.
Dikey doğrultuda sabit süratle yükselen teleferik kabininin hızı hem yön hem büyüklük olarak sabittir, bu nedenle kinetik dengede olup dengelenmiş kuvvetler etkisindedir. Eğik düzlemde kaymadan duran koli hareketsiz olduğu için statik dengededir ve dengelenmiş kuvvetler etkisindedir. Dairesel pistte dönen yarış arabasının hız büyüklüğü sabit olsa da yönü değiştiğinden ivmelidir ve dengelenmemiş kuvvetler etkisindedir. Frene basarak yavaşlayan otobüsün hız büyüklüğü azaldığından dengelenmemiş kuvvetler etkisindedir.

Adım Adım Çözüm

1
Dengelenmiş kuvvetlerin tanımını ve koşullarını inceleyin.
Bir cisme etki eden net kuvvet sıfır (Fnet=0F_{\text{net}} = 0) ise cisim dengelenmiş kuvvetler etkisindedir. Bu durumda cisim ya durur (statik denge) ya da sabit hızla doğrusal hareket eder (kinetik denge).
Dengelenmiş kuvvetlerin hareket üzerindeki etkisini belirlemek için.
2
Dengelenmemiş kuvvetlerin tanımını ve koşullarını inceleyin.
Bir cisme etki eden net kuvvet sıfırdan farklı (Fnet0F_{\text{net}} \neq 0) ise cisim dengelenmemiş kuvvetler etkisindedir. Bu durumda cisim ivmeli hareket yapar; yani hızının büyüklüğü değişir (hızlanır/yavaşlar) veya hareket yönü değişir.
Dengelenmemiş kuvvetlerin hareket üzerindeki etkisini belirlemek için.
3
Verilen durumları tek tek analiz edin ve uygun olanlarla eşleştirin.
Teleferik kabini sabit hızla doğrusal hareket eder (dengelenmiş - kinetik denge). Yarış arabası yön değiştirdiği için ivmelidir (dengelenmemiş - yön değişimi). Koli hareketsizdir (dengelenmiş - statik denge). Otobüs yavaşlamaktadır (dengelenmemiş - büyüklük değişimi). Eşleştirmeler bu şekilde tamamlanır.
Her bir fiziksel durumun kuvvet ve denge durumunu tespit ederek doğru eşleştirmeleri kurmak için.

Anahtar Kavram

Bir cisme etki eden net kuvvet sıfır ise cisim dengelenmiş kuvvetler etkisindedir (durur veya sabit hızla hareket eder). Net kuvvet sıfırdan farklı ise cisim dengelenmemiş kuvvetler etkisindedir ve ivmeli hareket yapar.
Tahmini Süre:2m 0s
Soru 4Soru

Günlük hayatta gözlemlenen bazı hareket durumları aşağıda verilmiştir:

I. Sürtünmeli yatay bir virajı sabit süratle dönen bir otomobil
II. Düşey yukarı doğru fırlatılan bir tenis topunun çıkabildiği maksimum yükseklikte anlık olarak durduğu an
III. Hava direncinin olduğu bir ortamda limit hıza ulaşmış bir paraşütçünün aşağı doğru hareketi

Buna göre, verilen durumların hangilerinde cisimler dengelenmiş kuvvetlerin etkisindedir?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: Yalnız III

Cevap

Yalnız III durumunda cisim dengelenmiş kuvvetlerin etkisindedir.
Limit hıza ulaşan paraşütçüye etki eden net kuvvet sıfır olduğu için, paraşütçü dengelenmiş kuvvetler etkisinde sabit hızlı doğrusal hareket yapar. Diğer durumlarda hızın yönünün değişmesi (viraj) veya yer çekimi ivmesi (maksimum yükseklik) sebebiyle ivmeli hareket söz konusudur ve net kuvvet sıfırdan farklıdır.

Adım Adım Çözüm

1
Birinci durumun incelenmesi: Virajı dönen otomobilin analizi.
Otomobil sabit süratle hareket etse bile virajı dönerken hareket yönü (hız vektörünün yönü) sürekli değişir. Hız vektöründeki yön değişimi cismin ivmeli hareket yapmasına neden olur (a0a \neq 0). Newton'ın ikinci hareket yasasına göre (Fnet=maF_{net} = m \cdot a) ivmeli hareket yapan cisimler dengelenmemiş kuvvetler etkisindedir. Dolayısıyla bu durum dengelenmiş kuvvetler kapsamında değildir.
Dengelenmiş kuvvetler etkisindeki bir cismin ivmesi sıfır olmalıdır, hızın hem büyüklüğü hem de yönü sabit kalmalıdır.
2
İkinci durumun incelenmesi: Maksimum yükseklikte duran topun analizi.
Tenis topu maksimum yüksekliğe ulaştığında anlık hızı sıfır olur (v=0v=0). Ancak bu anda topa etki eden yer çekimi kuvveti (G=mgG = m \cdot g) sıfırdan farklıdır ve aşağı yönlüdür. Cisme etki eden net kuvvet sıfırdan farklı olduğu için top dengelenmemiş kuvvetlerin etkisindedir.
Bir cismin anlık olarak hızının sıfır olması, o andaki net kuvvetin sıfır olduğu anlamına gelmez. Hareketin ivmesi yer çekimi ivmesine eşittir.
3
Üçüncü durumun incelenmesi: Limit hıza ulaşmış paraşütçünün analizi.
Limit hıza ulaşmış bir paraşütçüye etki eden yer çekimi kuvveti ile hava direnç kuvveti eşit büyüklükte ve zıt yönlüdür. Bu durumda paraşütçü üzerindeki net kuvvet sıfır olur (Fnet=0F_{net} = 0). Net kuvvet sıfır olduğu için paraşütçü dengelenmiş kuvvetler etkisinde sabit hızlı doğrusal hareket yapar.
Net kuvvetin sıfır olması (dengelenmiş kuvvetler) durumunda cisim duruyorsa durmaya devam eder, hareket halindeyse sabit hızla hareketine devam eder.

Anahtar Kavram

Dengelenmiş kuvvetler etkisindeki cisimlerin ivmesi sıfırdır, yani cisim ya durur ya da sabit hızlı (hem yönü hem sürati sabit) doğrusal hareket yapar. Dengelenmemiş kuvvetler etkisindeki cisimler ise ivmeli hareket yapar.
Soru 5Soru

Günlük yaşamda karşılaşılan bazı hareket durumları ile bu durumlara ait net kuvvet ve denge durumlarını gösteren açıklamalar aşağıda verilmiştir. Buna göre, soldaki hareket durumlarını sağdaki en uygun kuvvet ve denge durumu açıklamalarıyla eşleştiriniz.

Soldaki öğeye tıklayın, sonra eşleşen sağdaki öğeye tıklayın

Öğeler

Doğrusal bir rayda sabit süratle ilerleyen metro vagonu
Yatay bir virajı sabit süratle dönen motosiklet
Düşey doğrultuda yukarı doğru fırlatılan ve tepe noktasına doğru yavaşlayan tenis topu

Eşleşmeler

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap

Doğrusal rayda sabit süratle giden metro vagonu dengelenmiş kuvvetler etkisindedir (net kuvvet sıfırdır). Yatay virajı sabit süratle dönen motosiklete hareket yönüne dik net bir kuvvet etki eder ve dengelenmemiş kuvvetler etkisindedir. Yukarı doğru fırlatılıp yavaşlayan tenis topuna ise hareket yönüne zıt net bir kuvvet etki eder ve dengelenmemiş kuvvetler etkisindedir.
Doğrusal yolda sabit süratle hareket eden metro vagonu dengelenmiş kuvvetler etkisinde (net kuvvet sıfır) hareket eder. Sabit süratle viraj dönen motosiklet ise hız yönü değiştiği için ivmelidir ve net kuvvet hareket yönüne diktir. Yavaşlayan topa ise hareketine zıt yönde net yer çekimi kuvveti etki eder.

Adım Adım Çözüm

1
Doğrusal yolda sabit süratle giden metro vagonunun hareketini incelemek.
Vagon düz bir doğrultuda sabit süratle ilerlediği için hızının yönü ve büyüklüğü değişmez, yani hızı sabittir. Hız sabit olduğundan ivme sıfırdır ve net kuvvet sıfır olup cisim dengelenmiş kuvvetler etkisindedir.
Eylemsizlik prensibi gereği, net kuvvet sıfır olduğunda cisim duruyorsa durmaya devam eder, hareket halindeyse sabit hızlı hareketine devam eder.
2
Yatay virajı sabit süratle dönen motosikletin hareketini incelemek.
Motosikletin sürati sabit olmasına rağmen viraj dönerken sürekli yön değiştirdiği için hız vektörü değişmektedir. Yön değişimi ivmeli harekete (merkezcil ivme) sebep olur. Bu durumda hareket yönüne dik, virajın merkezine doğru net bir sürtünme kuvveti etki eder ve cisim dengelenmemiş kuvvetlerin etkisindedir.
Yörüngenin eğriliği nedeniyle oluşan hız yönü değişimini sağlamak için hareket doğrultusuna dik bir net kuvvet uygulanmalıdır.
3
Yukarı fırlatılan ve yavaşlayan tenis topunun hareketini incelemek.
Yavaşlayan tenis topu yukarı doğru hareket etmektedir ancak yer çekimi kuvveti aşağı doğrudur. Dolayısıyla hareket yönüne zıt doğrultuda net bir kuvvet etki eder. Net kuvvet sıfırdan farklı olduğu için top dengelenmemiş kuvvetler altındadır.
Cismin yavaşlayabilmesi için net kuvvetin hareket yönüyle zıt doğrultu ve yönde olması gerekir.

Anahtar Kavram

Dengelenmiş ve Dengelenmemiş Kuvvetler
Dengelenmiş ve Dengelenmemiş Kuvvetler Alıştırma Soruları — YKS TYT (Temel Yeterlilik Testi) | Examkin