Harika bir görev! 7. sınıf Fen Bilimleri öğretmeni olarak bu soruları senin için adım adım, anlaşılır bir dille çözeceğim. Unutma, fen bilimleri merak etmekle başlar ve bu sorular da tam olarak bu merakı gidermeye yönelik. Hadi başlayalım!
1. Aşağıdaki soruları cevaplayınız.
Ayça ve Mustafa yandaki gibi bir eğik düzlemin üst noktasından oyuncak arabayı serbest bırakıyorlar. Oyuncak araba eğik düzlemi terk ettikten sonra beton zeminde 3 metre yol alıyor. Daha sonra Ayça ve Mustafa ikinci bir deneme daha yapıyorlar. Toprak zemin kullandıkları bu denemede ise araba 1 m yol alabiliyor.
a) Ayça ve Mustafa yaptıkları bu deneyle hangi soruya cevap aramış olabilirler?
Bu deneyde Ayça ve Mustafa, zeminin türünün arabanın hareketine nasıl etki ettiğini merak etmişler. Yani, farklı zeminlerin arabanın gideceği yolu nasıl değiştirdiğini anlamaya çalışmışlar.
b) Bu deneyin bağımlı, bağımsız ve kontrol edilen değişkenleri nelerdir?
Deneylerde bazı şeyleri biz değiştiririz (bağımsız değişken), bazıları bu değişimden etkilenir (bağımlı değişken) ve bazılarını da sabit tutarız ki deneyimiz doğru sonuç versin (kontrol edilen değişkenler).
- Bağımsız Değişken: Bu deneyde Ayça ve Mustafa’nın bilinçli olarak değiştirdiği şey zeminin türüdür. Birinde beton zemin, diğerinde toprak zemin kullanmışlar. Yani, zemin türü bağımsız değişkendir.
- Bağımlı Değişken: Bağımsız değişkenin (zemin türünün) sonucunda değişen şey ise arabanın aldığı yoldur. Beton zeminde 3 metre, toprak zeminde 1 metre yol almış. Yani, arabanın aldığı yol bağımlı değişkendir.
- Kontrol Edilen Değişkenler: Deneyin adil olması için sabit tutulması gereken şeylerdir. Eğer bunları değiştirirsek, sonuçların zeminden mi yoksa bu diğer şeylerden mi kaynaklandığını anlayamayız. Bu deneyde sabit tutulması gerekenler şunlardır:
- Eğik düzlemin yüksekliği (Arabanın başlangıç noktası aynı olmalı).
- Arabanın cinsi ve ağırlığı (Aynı araba kullanılmalı).
- Serbest bırakma şekli (Araba aynı şekilde serbest bırakılmalı, itilmemeli).
c) İkinci denemede arabanın daha az yol almasının nedeni nedir?
İkinci denemede toprak zemin kullanılmış. Toprak zemin, beton zemine göre daha pürüzlüdür ve sürtünme kuvveti daha fazladır. Sürtünme kuvveti, cisimlerin hareketini zorlaştıran bir kuvvettir. Bu yüzden toprak zeminde arabanın sürtünmesi daha fazla olmuş ve bu da arabanın daha az yol almasına neden olmuştur.
ç) Ayça ve Mustafa’nın bu deneyde ulaştıkları sonuç nedir?
Ayça ve Mustafa bu deneyden şunu öğrenmişlerdir: Zeminin sürtünme özelliği, hareket eden bir cismin alacağı yolu etkiler. Daha pürüzlü ve sürtünmesi yüksek zeminlerde cisimler daha az yol alırken, daha az sürtünmeli zeminlerde daha uzun yol alabilirler.
2. Yandaki görselde uzun atlama yarışı yapan bir sporcu gösterilmektedir. Atlayış sırasında sporcunun kinetik ve potansiyel enerji dönüşümü nasıl gerçekleşmektedir?
Bu soruyu bir sporcunun atlayışını düşünerek cevaplayalım:
Adım 1: Başlangıç (Koşma ve Sıçrama Anı)
Sporcu yarışa başlarken hızla koşar. Bu koşma sırasında sahip olduğu enerjiye kinetik enerji deriz. Kinetik enerji, hareket eden cisimlerin sahip olduğu enerjidir. Sporcu en yüksek noktaya ulaşmak için yerden kuvvetlice sıçrar. Bu sıçrama anında da çok yüksek bir kinetik enerjiye sahiptir.
Adım 2: Havada Yükselme
Sporcu havaya doğru yükseldikçe hızı azalmaya başlar. Yükselirken sahip olduğu kinetik enerji, yavaş yavaş potansiyel enerjiye dönüşmeye başlar. Potansiyel enerji, cisimlerin konumlarından (yüksekliklerinden) dolayı sahip olduğu enerjidir. Sporcu ne kadar yükselirse, potansiyel enerjisi o kadar artar.
Adım 3: En Yüksek Nokta
Sporcu havada ulaştığı en yüksek noktada hızı sıfıra yaklaşır. Bu anda kinetik enerjisi en düşüktür (veya sıfırdır). Ancak, yerden en yüksekte olduğu için potansiyel enerjisi en yüksektir.
Adım 4: Düşüş Anı
Sporcu en yüksek noktadan aşağı doğru düşmeye başladığında, potansiyel enerjisi tekrar kinetik enerjiye dönüşmeye başlar. Yere yaklaştıkça hızı artar ve bu da kinetik enerjisinin artmasına neden olur.
Özetle: Uzun atlama sporunda, sporcunun koşarken kazandığı kinetik enerji, sıçrama anında en yüksek düzeye ulaşır. Havada yükselirken bu kinetik enerji potansiyel enerjiye dönüşür. Yere doğru düşerken ise sahip olduğu potansiyel enerji tekrar kinetik enerjiye dönüşerek sporcunun kum havuzuna inişini sağlar.
3. Farklı yüksekliklerde bulunan numaralandırılmış cisimlerin potansiyel enerjileri birbirine eşittir. Bu cisimlerin ağırlıkları arasında nasıl bir ilişki vardır? Neden böyle düşündüğünüzü açıklayınız.
Bu soruyu anlamak için öncelikle potansiyel enerjinin neye bağlı olduğunu hatırlayalım. Bir cismin potansiyel enerjisi; cismin kütlesine (ağırlığına), yerçekimine ve yüksekliğine bağlıdır.
Formülü hatırlayalım: Potansiyel Enerji (PE) = kütle (m) x yerçekimi ivmesi (g) x yükseklik (h)
Soruda bize potansiyel enerjilerin eşit olduğu söylenmiş. Yani,
PE1 = PE2 = PE3
Ayrıca, cisimler Dünya üzerinde olduğu için yerçekimi ivmesi (g) hepsinde aynıdır.
Şimdi verilen görseldeki cisimlerin yüksekliklerine bakalım:
- Cisim 1, en yüksekte.
- Cisim 2, Cisim 1’den daha alçakta ama Cisim 3’ten daha yüksekte.
- Cisim 3, en alçakta.
Yani, yükseklikler arasındaki ilişki şöyledir: h1 > h2 > h3
Potansiyel enerjilerin eşit olması için, yüksekliği fazla olan cismin kütlesinin (ağırlığının) daha az, yüksekliği az olan cismin kütlesinin (ağırlığının) ise daha fazla olması gerekir. Çünkü potansiyel enerji formülünde yükseklik ile kütle çarpım halindedir.
Eğer birini artırırsak, eşitliği sağlamak için diğerini azaltmamız gerekir.
Bu durumda:
- Cisim 1 en yüksekte olduğu için en hafiftir.
- Cisim 3 en alçakta olduğu için en ağırdır.
- Cisim 2 ise bu ikisinin ortasında bir ağırlığa sahiptir.
Dolayısıyla, cisimlerin ağırlıkları arasındaki ilişki şöyledir: Ağırlık1< Ağırlık2< Ağırlık3
Neden böyle düşündük? Çünkü potansiyel enerji hem kütleye hem de yüksekliğe bağlıdır. Eğer potansiyel enerjiler eşitse ve yükseklikler farklıysa, bu durum ancak kütlelerin de farklı olmasıyla açıklanabilir. Yüksekliği fazla olan cismin kütlesi az olmalı ki, potansiyel enerjisi, daha alçakta duran ve daha ağır olan bir cismin potansiyel enerjisine eşit olabilsin.