Ağır Cisimler Hafif Cisimlerden Daha Hızlı mı Düşer?
Hava direnci ihmal edildiğinde ağır cisimler, yalnızca daha ağır oldukları için daha hızlı düşmez. Aynı yerde, aynı yükseklikten, aynı anda ve ilk hızsız bırakılan cisimler kütlelerinden bağımsız olarak aynı sürede yere ulaşır.
Soru: Ağır cisimler hafif cisimlerden daha hızlı mı düşer?
Kısa Cevap: Hava direnci yoksa hayır. Aynı yükseklikten aynı anda ilk hızsız bırakılan ağır ve hafif cisimler aynı yer çekimi ivmesiyle düşer ve aynı anda yere ulaşır.
Detaylı Cevap: Serbest düşme modelinde cisimlere yalnızca yer çekimi kuvveti etki eder. Ağır cisme daha büyük yer çekimi kuvveti etki etse de cismin kütlesi de daha büyüktür. Newton’ın ikinci yasasında a = F/m ve ağırlık için F = mg yazıldığında a = g bulunur. Bu nedenle aynı yerdeki serbest düşme ivmesi kütleye bağlı değildir. Havalı ortamda ise direnç kuvveti, cisimlerin farklı sürelerde düşmesine yol açabilir.
Ağır Cisme Daha Büyük Kuvvet Etki Ediyorsa Neden Daha Fazla İvmelenmez?
İvme yalnızca kuvvete değil, kütleye de bağlıdır. Cismin kütlesi iki katına çıktığında aynı yerdeki ağırlığı da iki katına çıkar. Kuvvetin kütleye oranı değişmediğinden yer çekimi ivmesi aynı kalır.
Bu sonuç, hava direncinin ihmal edildiği model için geçerlidir. Farklı kütlelerin karşılaştırıldığı uygulamaları serbest düşme etkinliğinin cevaplarında inceleyebilirsiniz.
Tüy ile Taş Neden Günlük Hayatta Farklı Sürelerde Düşer?
Hava, düşen cisimlere direnç gösterir. Bu direncin harekete etkisi; cismin şekline, büyüklüğüne, hızına ve kütlesine göre değişir. Bir tüyün hareketi hava direncinden belirgin biçimde etkilenirken taşın hareketinde bu etkinin payı daha küçük olabilir.
Bu nedenle havadaki düşme süresini yalnızca “ağır” veya “hafif” olmasına bakarak belirleyemeyiz.
Ay’daki Çekiç ve Tüy Deneyi Ne Gösterdi?
Apollo 15 görevi sırasında astronot David Scott, Ay’da bir çekiç ve tüyü yaklaşık aynı yükseklikten birlikte bıraktı. Hava direncinin bulunmadığı bu ortamda ikisi aynı anda yüzeye ulaştı. Deney, kütleleri farklı cisimlerin aynı yer çekimi ivmesiyle düşebildiğini gösterdi.
Ay’daki atmosfer koşullarının başka bir etkisini paraşütçüler Ay’da atlarsa ne olur? yazısında inceleyebilirsiniz.
Basit Bir Hesaplama
Soru: 1 kg ve 3 kg kütleli iki cisim, havasız ortamda aynı yerde 20 metre yükseklikten ilk hızsız bırakılıyor. Yere ulaşma süreleri nedir? g = 10 m/s² alınız.
Kısa Cevap: İki cisim de 2 saniyede yere ulaşır.
Çözüm: h = ½gt² bağıntısında 20 = ½ · 10 · t² yazılır. Buradan t² = 4 ve t = 2 s bulunur. Bağıntıda kütle yer almadığından iki cismin düşme süresi aynıdır.
Açıklamalar ve Örnek Cevaplar
Hava direnci ihmal edilmeli; cisimler aynı yerde, aynı yükseklikten ve aynı başlangıç koşullarıyla bırakılmalıdır.
Hayır. Başlangıç hızları veya hareket süreleri farklıysa aynı ivmeye rağmen hızları farklı olabilir. Karşılaştırmada başlangıç koşulları da dikkate alınmalıdır.
Basit serbest düşme modelinde değiştirmez. Hava direnci bulunmadığından aynı başlangıç koşullarındaki cisimlerin düşüşü şekilleri nedeniyle farklılaşmaz.
Diğer etkinlik ve alıştırmalara 11. Sınıf Fizik Ders Kitabı Cevapları MEB Yayınları sayfasından ulaşabilirsiniz.