Çembersel Harekette İp Koparsa Cisim Hangi Yönde Gider?
Cisim, ip koptuğu andaki hızının yönünde, çembersel yörüngeye teğet olarak hareketini sürdürür. Kopmadan sonra net kuvvet sıfırsa sabit hızlı doğrusal hareket yapar. Yer çekimi gibi başka kuvvetler etkiliyse sonraki yörüngesi bu kuvvetlere göre değişir.
Soru: Çembersel hareket yapan cismin bağlı olduğu ip koparsa cisim hangi yönde gider?
Kısa Cevap: Kopma noktasında çembere teğet olan hız vektörü yönünde gider. Başka bir net kuvvet yoksa bu yönde sabit hızla doğrusal hareket eder.
Detaylı Cevap: Çembersel harekette cismin anlık hız vektörü yörüngeye teğettir. İpin gerilmesi, cismin hız yönünü değiştiren merkeze doğru kuvveti sağlar. İp koptuğunda bu gerilme kuvveti ortadan kalkar. Cisim eylemsizliği nedeniyle kopma anındaki hızını koruma eğilimindedir. Bu nedenle merkezden dışarı doğru değil, o noktadaki teğet yönünde ilerler. Sonraki hareketi, üzerine etki etmeye devam eden kuvvetlere bağlıdır.
Hızın Yönü ile Kuvvetin Yönü Aynı mıdır?
Düzgün çembersel harekette hız yörüngeye teğet, net kuvvet ise merkeze doğrudur. Bu iki yön birbirine diktir. Merkeze doğru kuvvet, cismin hızının yönünü değiştirerek çember üzerinde kalmasını sağlar.
İp kopunca cisim, eski kuvvetin yönünde hareket etmeye başlamaz. Hareketini kopma anındaki hız yönünde sürdürür.
Teğet Yönünü Nasıl Bulabiliriz?
Önce çemberin merkezinden kopma noktasına bir yarıçap çizilir. Ardından bu yarıçapa dik olan teğet doğrusu belirlenir. Teğet üzerinde cismin dönme yönüne uygun olan taraf, kopma anındaki hareket yönüdür.
Örnek: Cisim saat yönünün tersine dönüyorsa çemberin en sağ noktasındaki hızı yukarı yönlüdür. İp burada koptuğunda cismin hızı başlangıçta yukarı yönlü olur.
İp Kopunca Cisim Her Zaman Düz Bir Yol mu İzler?
Doğrusal hareket için kopmadan sonra net kuvvetin sıfır olması gerekir. Örneğin sürtünmesiz yatay bir yüzeyde ağırlık ile yüzeyin normal kuvveti dengeleniyorsa cisim teğet boyunca düz ilerleyebilir.
Cisim havada serbest kalırsa yer çekimi etkisini sürdürür. Bu durumda başlangıç hızı yine teğet yönündedir; ancak sonraki hareket atış hareketi olarak incelenir.
Bu Olay Hangi Yasayla Açıklanır?
Newton’ın birinci hareket yasası, yani eylemsizlik yasasıyla açıklanır. Net kuvvet bulunmadığında cisim hızını korur. Aynı ilkenin yolculuktaki etkisini emniyet kemerinin bizi nasıl koruduğu yazısında inceleyebilirsiniz.
Konuyla ilgili uygulama için ip kopması ve çembersel hareket alıştırmasının cevaplarına bakabilirsiniz.
Açıklamalar ve Örnek Cevaplar
Kopma anındaki hızı yarıçap doğrultusunda değil, çembere teğet yöndedir. Bu yüzden doğrudan merkezden dışarı yöneldiği söylenmez.
Hayır. İdeal modelde cismin hızı kopma nedeniyle bir anda sıfırlanmaz. Cisim kopma anındaki hızını başlangıç hızı olarak taşır.
Hayır. Teğet yönü, kopma anındaki hızın yönünü belirtir. Yer çekimi ise sonraki anlarda hızı değiştirerek hareketin yörüngesini etkiler.
Diğer etkinlik ve alıştırmalara 11. Sınıf Fizik Ders Kitabı Cevapları MEB Yayınları sayfasından ulaşabilirsiniz.