11. Sınıf Fizik · 1. Ünite: Kuvvet ve Hareket
Düzgün Çembersel Hareketin Uygulamaları
Virajı dönen otomobil, dönme dolapta oturan yolcu, çamaşır makinesinin tamburu, ipin ucunda döndürülen taş... Hepsi düzgün çembersel hareketin uygulamalarıdır. Bu konuda önceki konuda kurduğun modeli ($F_c = mv^2/r$) yatay düzleme, düşey düzleme ve yatay ile eğimli virajlara uygular, her durumda merkezcil kuvveti hangi gerçek kuvvetin sağladığını bulur ve veri setlerinden elde ettiğin modelleri yeni durumlara genellersin.
Kazanımlar
- FİZ.11.1.10. Yatay düzlemde ip gerilmesi ya da sürtünme ile düzgün çembersel hareket yapan cisimlerde merkezcil kuvveti sağlayan kuvveti belirler ve $F = mv^2/r$ modeliyle hesaplar.
- FİZ.11.1.10. Düşey düzlemde sabit süratle dönen cismin (dönme dolap) en alt ve en üst noktalarındaki tepki kuvvetini $N = m(g \pm a)$ modeliyle bulur ve karşılaştırır.
- FİZ.11.1.10. Yatay virajda sürtünmeyle sınırlı en büyük sürati ($v = \sqrt{\mu g R}$) veri setlerinden keşfeder, kütle, yarıçap ve sürtünme katsayısına bağlılığını yorumlar.
- FİZ.11.1.10. Sürtünmesiz eğimli virajda ideal sürat ile eğim açısı arasındaki ilişkiyi ($\tan\theta = v^2/gR$) kurar; sürtünmenin yönünü sürata göre yorumlar.
Konu anlatımı
Aynı model, farklı durumlar
Problem çözme yöntemi
Yatay düzlemde çembersel hareket
Düşey düzlemde çembersel hareket
Yatay virajlar
Eğimli virajlar
Çözümlü örnekler
Sık yapılan hatalar ve kavram yanılgıları
Anahtar terimler
- Merkezcil kuvvet
- Merkeze doğru gerçek kuvvetlerin bileşkesi; F = mv²/r.
- Statik sürtünme sınırı
- Kaymadan önce sürtünmenin alabileceği en büyük değer: μₛN.
- Kayma sınırı
- Gereken merkezcil kuvvetin sürtünme sınırına eşit olduğu durum; yatay virajda v = √(μgR).
- Eğimli viraj
- Yolun merkeze doğru yatık yapıldığı viraj; normal kuvvetin yatay bileşeni merkezcil kuvvete katkı yapar.
- İdeal sürat
- Sürtünmesiz eğimli virajda aracın yolda kaldığı sürat: v₀ = √(gR tanθ).
- Tepki kuvveti (normal kuvvet)
- Yüzeyin cisme uyguladığı, yüzeye dik kuvvet; dönme dolapta hissedilen ağırlığı belirler.
- Kritik sürat
- Dönme dolabın tepesinde tepki kuvvetinin sıfır olduğu sürat: v = √(gr).
- Teğet doğrultuda ayrılma
- Merkezcil kuvvet sağlanamayınca cismin son hızıyla doğrusal gitmesi.
Örnek soru
Aşağıdaki düzgün çembersel hareketlerden hangisinde merkezcil kuvvet görevini statik sürtünme kuvveti yapar?
- Dünya'nın Güneş çevresindeki hareketi
- Yatay yolda virajı dönen otomobilin hareketi
- Sürtünmesiz masada iple döndürülen taşın hareketi
- Sürtünmesiz eğimli virajı ideal hızla dönen aracın hareketi
- Dönme dolabın en üst noktasından geçen yolcunun hareketi
Doğru cevap: B
Çözüm
1. Dünya'da merkezcil kuvveti Güneş'in kütle çekim kuvveti sağlar.
2. Yatay yolda otomobile yatayda yalnızca lastik-yol arasındaki statik sürtünme etki eder; merkeze doğru olan bu kuvvet merkezcil kuvvettir.
3. Sürtünmesiz masada ip gerilmesi, sürtünmesiz eğimli virajda normal kuvvetin yatay bileşeni, dönme dolabın tepesinde ise ağırlık ile koltuk tepkisinin bileşkesi bu görevi yapar.
Sonuç: yatay virajdaki otomobil.