Harika bir çalışma! Fen Bilimleri dersimizin en heyecanlı konularından olan Elektrik Yükleri ve Elektrik Enerjisi ile ilgili bu soruları birlikte adım adım çözelim. Unutma, bu konular mantığını anladığında bir bulmaca çözmek kadar keyifli hale gelir.
16. Soru: Nötr bir elektroskobun topuzuna elektrikle yüklü bilinmeyen bir cisim dokunduruluyor ve elektroskobun görseldeki gibi pozitif yüklenerek yapraklarının açıldığı gözlemleniyor. Buna göre elektroskobun topuzuna dokundurulan cismin, dokunulmadan önceki yük durumu hangi seçenekte verilmiştir?
Çözüm:
Merhaba sevgili öğrencim, bu soruyu çözmek için “dokunma ile elektriklenme” konusunu hatırlamamız gerekiyor. Hadi gel adım adım gidelim.
Hatırlatma: Dokunma ile elektriklenmede, cisimler sahip oldukları toplam yükü paylaşırlar ve son durumda her ikisi de aynı cins yükle yüklenir. Tıpkı iki arkadaşın ellerindeki misketleri birleştirip sonra eşit paylaşması gibi düşünebilirsin.
Adım 1: Soruda bize ne söylendiğini anlayalım. Başlangıçta elimizde nötr bir elektroskop var. Nötr ne demekti? İçinde hiç yük yok demek değildi, pozitif (+) ve negatif (-) yük sayılarının eşit olduğu anlamına geliyordu.
Adım 2: Bu nötr elektroskoba, yükünün ne olduğunu bilmediğimiz bir cismi dokunduruyoruz. Dokundurduktan sonra bir de bakıyoruz ki elektroskop pozitif (+) yüklenmiş ve yaprakları açılmış!
Adım 3: Şimdi kuralımızı hatırlayalım. Dokunma ile elektriklenme sonunda her iki cisim de aynı yükle yüklenirdi. Elektroskop sonuçta pozitif (+) yüklendiğine göre, ona dokunan cismin de son durumda pozitif (+) olması gerekir. Peki bu nasıl olabilir?
- Eğer dokunan cisim negatif (-) olsaydı, toplam yük negatif olurdu ve elektroskop da negatif yüklenirdi. Ama soruda pozitif yüklendiği söyleniyor. Demek ki bu seçenek yanlış.
- Eğer dokunan cisim nötr olsaydı, nötr bir cisimle nötr bir elektroskop birbirine dokununca hiçbir yük alışverişi olmaz, ikisi de nötr kalırdı. Bu da yanlış.
- Demek ki geriye tek bir seçenek kalıyor! Dokunan cisim başlangıçta pozitif (+) yüklü olmalı ki, kendi pozitif yükünün bir kısmını nötr elektroskoba vererek onu da pozitif yapsın.
Adım 4: Şıklara bakalım. Hangi şıkta pozitif yüklü bir cisim var? Pozitif yüklü demek, pozitif yük sayısının negatif yük sayısından fazla olması demektir.
A) Cisimde 2 artı, 2 eksi yük var. Bu cisim nötrdür.
B) Cisimde 4 artı, 2 eksi yük var. Artılar daha fazla! Bu cisim pozitif yüklüdür.
C) Cisimde 3 artı, 2 eksi yük var. Artılar daha fazla! Bu cisim de pozitif yüklüdür.
D) Cisimde 1 artı, 4 eksi yük var. Eksiler daha fazla! Bu cisim negatif yüklüdür.
Hem B hem de C şıkkı pozitif yüklü bir cismi temsil ediyor. Sorunun mantığına göre, elektroskobu pozitif yapacak bir cisim aradığımız için bu şıklardan herhangi biri doğru olabilir. Genellikle bu tür durumlarda ilk doğru seçenek kabul edilir. İkisi de aynı mantığı temsil etmektedir.
Sonuç: Dokunan cisim başlangıçta kesinlikle pozitif yüklü olmalıdır. B ve C şıkları bu durumu gösteriyor. Genellikle test mantığında bu tür bir durumda bir hata olur ancak bizden istenen mantık pozitif yüklü bir cisim bulmaktır. Bu yüzden doğru cevap B veya C şıklarından biridir. İkisi de aynı ilkeyi temsil eder.
17. Soru: Nötr P ve R cisimlerine negatif yüklü S cismi yaklaştırılıyor. Bir süre sonra toprak bağlantısı kesilerek S cismi uzaklaştırılıyor ve P ve R cisimleri birbirinden ayrılıyor. Yapılan bu işlemlerden sonra R cismi ile aşağıda yük durumu verilen hangi cisim arasında çekim kuvveti oluşmaz?
Çözüm:
Bu soru biraz daha uzun gibi görünse de aslında “etki ile elektriklenme” ve “topraklama” konularını birleştiren harika bir örnek. Sakin kalarak adım adım ilerleyelim.
Adım 1: R cisminin son yükünü bulalım.
- Başlangıçta P ve R cisimleri nötr ve birbirine dokunuyor. Onları tek bir cisim gibi düşünebiliriz.
- Negatif (-) yüklü S cismini P’ye yaklaştırıyoruz. Unutma, sadece yaklaştırıyoruz, dokundurmuyoruz!
- Negatif S cismi, P ve R’nin içindeki negatif yükleri (elektronları) itebileceği en uzak noktaya, yani R’nin en sağına doğru iter. Bu durumda S’ye en yakın olan P tarafında pozitif (+) yük fazlalığı oluşur.
- Şimdi R’den toprağa bir bağlantı yapılıyor. R’de biriken o fazla elektronlar, S’nin itme kuvvetiyle daha da uzağa kaçmak için bir yol bulmuş oluyor ve toprağa akıyorlar.
- En önemli an: Önce toprak bağlantısını kesiyoruz. Elektronların geri dönme yolu kapandı! S cismi hala orada durduğu için P ve R sistemindeki pozitif yükleri kendine doğru çekmeye devam ediyor.
- Sonra S cismini uzaklaştırıyoruz. Artık P ve R sisteminde elektron eksikliği var, yani sistemimiz pozitif (+) yüklü. Bu pozitif yük, P ve R’ye eşit şekilde dağılır.
- En son P ve R’yi ayırıyoruz. Böylece hem P hem de R cismi pozitif (+) yükle yüklenmiş olur.
Yani, tüm bu işlemlerin sonunda R cismimiz pozitif (+) yüklü oldu.
Adım 2: Çekim kuvveti nerede oluşmaz, ona bakalım.
Elektriğin temel kuralını hatırlayalım:
- Zıt yükler (+ ile -) birbirini çeker.
- Aynı yükler (+ ile + veya – ile -) birbirini iter.
- Yüklü bir cisim, nötr bir cismi her zaman çeker.
Soru bizden “çekim kuvveti oluşmaz” durumunu bulmamızı istiyor. Yani aslında “itme kuvveti nerede oluşur?” diye soruyor. R cismimiz pozitif (+) olduğuna göre, başka bir pozitif (+) cisimle karşılaşırsa birbirlerini iterler ve aralarında çekim kuvveti oluşmaz.
Adım 3: Şıkları inceleyelim.
R cismimiz (+) yüklü. Şimdi şıklardaki cisimlerle etkileşimine bakalım:
A) Cisim nötr. Pozitif yüklü R, nötr cismi çeker.
B) Cisim negatif (-) yüklü. Pozitif yüklü R, negatif yüklü cismi çeker.
C) Cisim nötr. Pozitif yüklü R, nötr cismi çeker.
D) Cisim pozitif (+) yüklü. Pozitif yüklü R, pozitif yüklü bu cismi İTER. Aralarında bir çekim kuvveti oluşmaz.
Sonuç:
Aradığımız cevap tam olarak bu! R cismi ile D şıkkındaki cisim arasında bir çekim kuvveti oluşmaz, tam tersine bir itme kuvveti oluşur. Dolayısıyla doğru cevap D şıkkıdır.