11. Sınıf Fizik · 2. Ünite: Elektrik ve Manyetizma
Elektriksel Kuvvet ve Coulomb Yasası
Yünlü kazağa sürtülen balon duvara yapışır; kuru saçı taradığın tarak küçük kâğıt parçalarını çeker. Hiçbirine dokunmadan etki eden bu kuvvet, elektrik yüklerinin birbirine uyguladığı elektriksel kuvvettir. Bu konuda kuvvetin yük miktarına ve uzaklığa nasıl bağlı olduğunu deney verilerinden keşfedecek, bulduğun ilişkiyi (Coulomb Yasası) hesap yapmadan, yalnızca oranları kullanarak farklı durumlara genelleyeceksin.
Kazanımlar
- FİZ.11.2.1. Elektrik yükleri arasındaki elektriksel kuvvetin yük miktarlarına ve aralarındaki uzaklığa bağlılığını deney verilerinden keşfederek matematiksel olarak modeller.
- FİZ.11.2.1. Elektriksel kuvvetin modelini (Coulomb Yasası) kullanarak yüklerden biri ya da uzaklık değiştiğinde kuvvetin kaç katına çıkacağını ya da düşeceğini hesap yapmadan, orantıyla belirler.
- FİZ.11.2.1. Aynı ve zıt işaretli yükler arasındaki kuvvetin yönünü belirler; iki yüke etkiyen kuvvetlerin büyüklükçe eşit, yönce zıt olduğunu açıklar.
- FİZ.11.2.1. Bir doğru üzerindeki birkaç yükten oluşan düzeneklerde bir yüke etkiyen bileşke kuvvetin yönünü nitel olarak yorumlar.
Konu anlatımı
Temas olmadan etki eden kuvvet
Deney verilerinden keşif: kuvvet neye bağlı?
Coulomb Yasası: model
Orantıyla genelleme ve çözümlü örnekler
Birden fazla yük: yönün nitel yorumu
Simülasyonda dene
Sık yapılan hatalar ve kavram yanılgıları
Anahtar terimler
- Elektrik yükü
- Maddenin elektriksel etkileşim özelliği; pozitif ya da negatif olabilir ve elektron alışverişiyle değişir.
- Noktasal yük
- Boyutları, aralarındaki uzaklığa göre ihmal edilebilecek kadar küçük yüklü cisim.
- Elektriksel kuvvet
- Yüklü cisimlerin temas etmeden birbirine uyguladığı itme ya da çekme kuvveti.
- Coulomb Yasası
- Elektriksel kuvvetin yüklerin çarpımıyla doğru, uzaklığın karesiyle ters orantılı olduğunu söyleyen yasa: F = k|q₁||q₂|/r².
- Coulomb sabiti (k)
- Coulomb Yasası'ndaki orantı sabiti; boşlukta (havada) sabit bir sayıdır.
- Doğru orantı
- Bir büyüklük kaç katına çıkınca diğerinin de o kadar katına çıkması.
- Ters kare orantısı
- Bir büyüklük kaç katına çıkınca diğerinin o sayının karesi kadar azalması.
- Bileşke kuvvet
- Bir cisme etkiyen birden fazla kuvvetin vektörel toplamı.
Örnek soru
Aralarındaki uzaklık $r$ olan iki noktasal yük birbirine $F$ büyüklüğünde elektriksel kuvvet uyguluyor. Yükler sabit tutulup aralarındaki uzaklık $2r$ yapılırsa kuvvetin büyüklüğü için ne söylenir?
- 2 katına çıkar
- 1/2 katına düşer
- 1/4 katına düşer
- 4 katına çıkar
- Değişmez
Doğru cevap: C
Çözüm
1. Coulomb Yasası'na göre kuvvet uzaklığın karesiyle ters orantılıdır: $F \propto 1/r^2$.
2. Uzaklık 2 katına çıkarsa $r^2$ 4 katına çıkar; kuvvet $\frac{1}{4}$ katına düşer.
Cevap: 1/4 katına düşer. "Yarıya düşer" seçeneği, kuvvetin uzaklıkla 1/r biçiminde değiştiğini sanan öğrencilerin işaretlediği çeldiricidir; oysa uzaklığın karesi alınmalıdır.