Harika bir istek! Merhaba sevgili öğrencim, ben Fen Bilimleri öğretmenin. Bu soruları senin için en anlaşılır şekilde, adım adım çözeceğim. Birlikte bu konuları pekiştirelim.
4. Soru: Sürtünmesiz bir ortamda bir cismin hareketine bağlı olarak enerji değişimini gösteren bir grafik aşağıda verilmiştir.
Bu grafiğe göre
I. Bu cisim aynı anda hem kinetik hem potansiyel enerjiye sahip olamaz.
II. Cismin hareketi boyunca kinetik enerjisi artarken potansiyel enerjisi azalmıştır.
III. Cismin potansiyel enerjisinin en yüksek olduğu konumda sürati en azdır.
ifadelerinden hangilerine ulaşılabilir?
Çözüm:
Haydi bu grafiği birlikte yorumlayalım ve ifadelerin doğruluğunu kontrol edelim.
Adım 1: Grafiği Anlayalım
Bu grafik bize zamanla bir cismin Kinetik Enerjisi (mavi çizgi) ve Potansiyel Enerjisi (siyah çizgi) arasındaki değişimi gösteriyor. Kinetik enerjinin hareket enerjisi, potansiyel enerjinin ise cismin yüksekliğinden kaynaklanan enerji olduğunu hatırlayalım.
- Kinetik Enerji (mavi çizgi): Zaman ilerledikçe sıfırdan başlayıp artıyor. Bu, cismin hızlandığı anlamına gelir.
- Potansiyel Enerji (siyah çizgi): Zaman ilerledikçe en yüksek değerden başlayıp azalıyor. Bu da cismin yüksekliğinin azaldığı anlamına gelir.
Bu durumu, bir kaydırağın tepesinden kayan bir çocuk gibi düşünebilirsin. En tepedeyken hızı sıfırdır (kinetik enerji sıfır) ama yüksekliği en fazladır (potansiyel enerji maksimum). Aşağı doğru kaydıkça hızı artar (kinetik enerji artar) ve yerden yüksekliği azalır (potansiyel enerji azalır).
Adım 2: İfadeleri Değerlendirelim
- I. ifade: “Bu cisim aynı anda hem kinetik hem potansiyel enerjiye sahip olamaz.” diyor. Grafiğe bakalım. Başlangıç ve bitiş anları hariç, herhangi bir zaman diliminde hem mavi çizginin (kinetik) hem de siyah çizginin (potansiyel) bir değeri var. Bu da demek oluyor ki cisim aynı anda hem harekete (kinetik) hem de yüksekliğe (potansiyel) sahip. O yüzden bu ifade yanlıştır.
- II. ifade: “Cismin hareketi boyunca kinetik enerjisi artarken potansiyel enerjisi azalmıştır.” diyor. Grafiğe tekrar baktığımızda mavi çizgi yukarı doğru çıkarken (artarken), siyah çizginin aşağı doğru indiğini (azaldığını) net bir şekilde görüyoruz. Demek ki bu ifade doğrudur.
- III. ifade: “Cismin potansiyel enerjisinin en yüksek olduğu konumda sürati en azdır.” diyor. Potansiyel enerjinin en yüksek olduğu an, grafiğin başlangıç anıdır (zaman = 0). O anda siyah çizgi en tepede. Peki o anda kinetik enerji ne durumda? Mavi çizgiye bakarsak, kinetik enerjinin sıfır olduğunu görürüz. Kinetik enerji sürate bağlı olduğuna göre, kinetik enerji sıfır ise sürat de sıfırdır (yani en az değerdedir). Bu ifade de doğrudur.
Adım 3: Sonuca Ulaşalım
Yaptığımız incelemeler sonucunda II. ve III. ifadelerin doğru olduğunu bulduk. Şıklara baktığımızda bu iki ifadeyi birlikte içeren seçeneği bulmalıyız.
Sonuç: Doğru cevap D) II ve III seçeneğidir.
5. Soru: “Cisme uygulanan kuvvetin yönü ile cismin hareket yönü aynı doğrultuda ise fiziksel anlamda iş yapılmıştır.” Aynı cisme uygulanan kuvvetler ve cismin aldığı yollar incelendiğinde fiziksel anlamda iş yapma durumları aşağıdaki grafiklerde verilmiştir.
Verilenlere göre aşağıdaki ifadelerden hangisine ulaşılabilir?
A) Fiziksel anlamda en fazla iş, dördüncü deneyde yapılmıştır.
B) Birinci ve dördüncü deneylere göre uygulanan kuvvet arttıkça yapılan iş azalır.
C) Üçüncü deneyde uygulanan kuvvet ile alınan yol aynı doğrultuda değildir.
D) İkinci deneyde uygulanan kuvvet ile alınan yol aynı doğrultuda değildir.
Çözüm:
Bu soruyu çözmek için önce fiziksel anlamda “iş” yapmanın ne demek olduğunu ve grafiklerdeki verileri nasıl kullanacağımızı anlamalıyız.
Adım 1: Temel Bilgiyi Hatırlayalım
Fiziksel anlamda iş yapabilmek için iki temel şart vardır:
- Bir cisme kuvvet uygulanmalıdır.
- Cisim, uygulanan kuvvet doğrultusunda yol almalıdır.
Eğer kuvvet ve hareket yönü birbirine dik ise (örneğin elindeki çantayı sallamadan taşırken sen ileri gidersin ama çantaya yukarı doğru kuvvet uygularsın), fiziksel anlamda iş yapılmış sayılmaz. Bu durumda yapılan iş sıfır olur.
Adım 2: Şıkları Tek Tek İnceleyelim
Şimdi grafiklere bakarak her seçeneği kontrol edelim.
- A) Fiziksel anlamda en fazla iş, dördüncü deneyde yapılmıştır.
“Yapılan İş (J)” grafiğine bakalım. En uzun sütun hangi deneye ait? Gördüğümüz gibi 1. deneydeki sütun en uzun. Bu da en fazla işin 1. deneyde yapıldığını gösterir. Dolayısıyla bu ifade yanlıştır.
- B) Birinci ve dördüncü deneylere göre uygulanan kuvvet arttıkça yapılan iş azalır.
1. ve 4. deneyleri karşılaştıralım. “Kuvvet (N)” grafiğine göre 1. deneydeki kuvvet, 4. deneydeki kuvvetten daha fazla. “Yapılan İş (J)” grafiğine göre ise 1. deneydeki iş, 4. deneydeki işten yine daha fazla. Yani kuvvet fazla olunca iş de fazla olmuş. Bu ifade ise tam tersini söylüyor. O yüzden bu ifade yanlıştır.
- C) Üçüncü deneyde uygulanan kuvvet ile alınan yol aynı doğrultuda değildir.
Eğer kuvvet ile alınan yol aynı doğrultuda değilse (örneğin dik ise) yapılan işin sıfır olması gerektiğini söylemiştik. 3. deneyin “Yapılan İş (J)” grafiğine bakalım. Bir iş yapılmış, sütunun bir yüksekliği var, yani iş sıfır değil. İş yapıldığına göre, kuvvet ile alınan yol aynı doğrultudadır. Bu ifade ise “aynı doğrultuda değildir” diyor. Bu nedenle bu ifade yanlıştır.
- D) İkinci deneyde uygulanan kuvvet ile alınan yol aynı doğrultuda değildir.
Şimdi 2. deneye dikkatlice bakalım.
- “Kuvvet (N)” grafiğinde 2. deneyde bir kuvvet uygulanmış (sütun var).
- “Alınan Yol (m)” grafiğinde 2. deneyde cisim yol almış (sütun var).
- “Yapılan İş (J)” grafiğinde ise 2. deneyde hiç sütun yok! Yani yapılan iş sıfır!
Hem kuvvet uygulanıp hem de yol alındığı halde iş nasıl sıfır olabilir? İşte tam da başta hatırladığımız kural burada devreye giriyor! Demek ki uygulanan kuvvet ile cismin hareket ettiği yön aynı doğrultuda değil (muhtemelen birbirine dik). Bu yüzden bu ifade doğrudur.
Adım 3: Sonuca Ulaşalım
Tüm şıkları incelediğimizde, grafiklerdeki verilerle uyuşan tek ifadenin D seçeneği olduğunu gördük.
Sonuç: Doğru cevap D) İkinci deneyde uygulanan kuvvet ile alınan yol aynı doğrultuda değildir. seçeneğidir.
Umarım açıklamalarım faydalı olmuştur. Anlamadığın bir yer olursa çekinme, tekrar sorabilirsin. Başarılar dilerim!