Dikey çemberde döndürülen kovadaki su neden dökülmez?
Dikey çemberde döndürülen kovadaki su neden dökülmez?
Soru: Dikey çemberde döndürülen kovadaki su neden dökülmez?
Kısa Cevap: Kova yeterli süratle döndürülürse su, kovanın hareketine uyarak çembersel yörüngesini sürdürebilir. Basitleştirilmiş modelde tepe noktasında temasın korunması için v²/r ≥ g koşulu gerekir.
Detaylı Cevap: Çemberin en üst noktasında merkez aşağıdadır. Bu noktada suyun ağırlığı ve kovanın suya uyguladığı normal kuvvet aşağıya, yani merkeze yönelir. Bu kuvvetler suyun çembersel hareketi için gereken merkezcil kuvveti sağlar. Sürat yeterli olduğunda su kovanın tabanından ayrılmadan hareketini sürdürebilir.
Tepe noktasında suya hangi kuvvetler etki eder?
Kovanın ağzı aşağı bakarken tabanı suyun üstündedir. Suya aşağı yönlü ağırlık ve temas varsa kovanın tabanından aşağı yönlü normal kuvvet etki eder.
Merkezcil kuvvet ayrı bir üçüncü kuvvet olarak eklenmez. Tepe noktasındaki radyal kuvvet denklemi mg + N = mv²/r biçimindedir.
Kuvvetlerin bu şekilde değerlendirilmesini düşey çembersel hareket örneklerinde inceleyebilirsiniz.
Suyun dökülmemesi için minimum sürat kaç olmalıdır?
Temasın kaybolma sınırında normal kuvvet N = 0 olur. Bu durumda ağırlık, gereken merkezcil kuvveti tek başına sağlar:
mg = mv²/r → vmin = √(gr)
Buradaki r, ideal modelde suyun temsil edildiği noktanın dönme merkezine uzaklığıdır. Formül tepe noktasındaki sürati verir; alt noktadaki sürat için doğrudan kullanılamaz. Suyun çalkalanması bu basit modelde hesaba katılmaz.
Örnek soru ve çözümü
Soru: Suyun hareket yarıçapı 0,9 metre kabul ediliyor. g = 10 m/s² için suyun tepe noktasında kovayla temasını koruyabileceği minimum sürat kaçtır?
Kısa Cevap: Minimum sürat 3 m/s olur.
Çözüm: vmin = √(gr) = √(10 × 0,9) = √9 = 3 m/s bulunur.
Suya etki eden yer çekimi ortadan kalkar mı?
Hayır. Yer çekimi hareket boyunca etkilidir. Hatta tepe noktasında merkeze doğru yönelerek dönüşe katkı sağlar. Sınır süratte suya gereken merkezcil ivmeyi tek başına yer çekimi verir.
Merkezcil kuvvetin mevcut kuvvetlerle ilişkisini iple döndürülen top sorusunda da karşılaştırabilirsiniz.
Çembersel hareket soruları: Kuvvetler ve örnek çözümler
İple döndürülen topun merkezcil kuvveti nasıl hesaplanır?
Açıklamalar ve Örnek Cevaplar
Kova yavaş döndürülürse ne olur?
Tepe noktasında sürat sınır değerin altında kalırsa su, kovanın tabanıyla temasını koruyamaz. Tabandan ayrılıp kovanın ağzına doğru hareket edebilir ve dökülebilir.
Minimum sürat suyun kütlesine bağlı mıdır?
Bu ideal modelde bağlı değildir. mg = mv²/r denkleminde kütle sadeleşir; sonuç vmin = √(gr) olur.
Normal kuvvet her dönüşte sıfır mıdır?
Hayır. Tepe noktasında yalnızca minimum sürat sınırında sıfırdır. Daha büyük süratte kovanın tabanı suya merkeze doğru ek kuvvet uygular.
Diğer etkinlik ve alıştırmalar için 11. Sınıf Fizik Ders Kitabı Cevapları MEB Yayınları ana sayfasını inceleyebilirsiniz.
Türkçe karakter kullanılmayan ve büyük harflerle yazılmış yorumlar onaylanmamaktadır.