Serbest Cisim Diyagramı Nedir, Nasıl Çizilir?
Soru: Serbest cisim diyagramı nedir, nasıl çizilir?
Kısa Cevap: Serbest cisim diyagramı, seçilen cismin çevresinden ayrı düşünülerek üzerine etki eden bütün dış kuvvetlerin yönleriyle gösterildiği çizimdir. Cisim basit bir şekil veya noktayla, kuvvetler adlandırılmış oklarla temsil edilir.
Detaylı Cevap: Önce incelenecek cisim belirlenir. Ardından ağırlık, normal kuvvet, gerilme, sürtünme ve uygulanan kuvvet gibi gerçekten etkili olan dış kuvvetler çizilir. Cismin başka nesnelere uyguladığı kuvvetler eklenmez. Diyagramdan yararlanılarak kuvvetlerin bileşkesi bulunur ve Newton’ın hareket yasaları uygulanır.
Serbest Cisim Diyagramı Çizme Adımları
1. Cismi seçiniz: Hangi cismin hareketini inceleyeceğinizi belirleyiniz. Öteleme hareketi sorularında cismi bir nokta veya kutuyla gösterebilirsiniz.
2. Etkileşimleri belirleyiniz: Cismin hangi yüzeylere, iplere veya yaylara temas ettiğini ve hangi alan kuvvetlerinin etkisinde olduğunu düşününüz.
3. Kuvvetleri çiziniz: Her kuvveti doğru yönde bir okla gösterip G, N, T veya F gibi sembollerle adlandırınız.
4. Eksenleri seçiniz: İşlemi kolaylaştıran eksenleri belirleyiniz. Örneğin eğik düzlemde eksenlerden biri düzleme paralel seçilebilir.
5. Hareket denklemini yazınız: Her doğrultuda kuvvetlerin bileşkesini hesaplayarak Fnet = ma bağıntısını uygulayınız.
Farklı durumların karşılaştırıldığı serbest cisim diyagramı etkinlikleri, bu adımların uygulanmasına yardımcı olur.
Kuvvetlerin Yönleri Nasıl Belirlenir?
Ağırlık: Dünya yüzeyine yakın sorularda düşey aşağı yönlüdür.
Normal kuvvet: Temas yüzeyine diktir. Bu nedenle eğik düzlemde her zaman düşey yukarı çizilmez.
İp gerilmesi: İp doğrultusunda, cismi ip boyunca çekecek yöndedir.
Sürtünme: Temas yüzeyleri arasındaki kaymaya veya kayma eğilimine karşı koyar. Yönü yalnızca cismin yere göre hareketine bakılarak belirlenmez.
Örnek Soru ve Çözümü
Soru: Yatay zeminde sağa doğru kayan 4 kg’lık kutu, yatay bir iple sağa doğru 18 N kuvvetle çekiliyor. Kutuya sola doğru 6 N sürtünme etki ediyor. g = 10 m/s2 ve düşey ivme sıfır olduğuna göre hangi kuvvetler gösterilir, ivme kaçtır?
Kısa Cevap: Aşağı 40 N ağırlık, yukarı 40 N normal kuvvet, sağa 18 N gerilme ve sola 6 N sürtünme gösterilir. İvme sağa doğru 3 m/s2 olur.
Çözüm: G = mg = 4 × 10 = 40 N’dur. Düşey denge nedeniyle N = 40 N olur. Yatay net kuvvet 18 − 6 = 12 N bulunur. a = 12 / 4 = 3 m/s2 hesaplanır.
Diyagram Çizerken Sık Yapılan Hatalar
Net kuvveti ek bir kuvvet gibi çizmek: Net kuvvet, çizilen kuvvetlerin bileşkesidir; bunlara eklenen yeni bir etkileşim değildir.
Hız ve ivmeyi kuvvet gibi göstermek: Bunlar kuvvet değildir. Gerekiyorsa diyagramın dışında, ayrı açıklamayla belirtilir.
Etki-tepki çiftini tek cisim üzerinde göstermek: Karşılıklı kuvvetler farklı cisimlere etki eder. Bu ayrım etki-tepki örneklerinde açıklanır.
Kuvveti ve bileşenlerini iki kez saymak: Bir kuvvet bileşenlerine ayrıldığında, hesapta ya kendisi ya da bileşenleri kullanılmalıdır.
Açıklamalar ve Örnek Cevaplar
Hayır. Duran veya sabit hızla hareket eden cisimlerin kuvvetlerini incelemek için de kullanılır.
Hayır. Sürtünme ihmal edilmişse çizilmez. Temas bulunması da sürtünmenin mutlaka sıfırdan farklı olduğu anlamına gelmez.
Her cisim ayrı inceleniyorsa her biri için ayrı diyagram çizilir. Cisimler tek sistem seçilirse sistemin dış kuvvetleri gösterilir; sistem içindeki karşılıklı kuvvetler eklenmez.
Diğer etkinliklerin ve alıştırmaların çözümlerine 11. Sınıf Fizik Ders Kitabı Cevapları MEB Yayınları sayfasından ulaşabilirsiniz.