11. Sınıf Fizik · 1. Ünite: Kuvvet ve Hareket
Limit Hız
Bir yağmur damlası kilometrelerce yükseklikten düştüğü hâlde bizi yaralamaz; paraşütçü uçaktan atladıktan bir süre sonra artık hızlanmaz. Çünkü akışkan (hava, su) içinde hareket eden cisme, hızıyla artan bir direnç kuvveti etki eder. Bu konuda limit hızın nasıl oluştuğunu kuvvetler üzerinden açıklayacak, limit hızı etkileyen değişkenleri tanımlayacak, veri toplayıp yorumlayarak bilimsel çıkarım yapacaksın.
Kazanımlar
- FİZ.11.1.8. Akışkan içinde hareket eden cisme etki eden kuvvetleri belirleyerek limit hızın oluşumunu açıklar.
- FİZ.11.1.8. Limit hızı etkileyen değişkenleri (kütle, yüzey alanı ve şekil, akışkanın cinsi) tanımlar.
- FİZ.11.1.8. Limit hızı etkileyen değişkenlerle ilgili verileri toplayarak kaydeder.
- FİZ.11.1.8. Tablo ve $v$–$t$ grafiklerini yorumlayarak değişkenler arasındaki ilişkiyi (artar, azalır, değişmez) değerlendirir.
- FİZ.11.1.8. Paraşüt örneğinde direnç değişiminin hız, ivme ve limit hız üzerindeki etkisini yorumlar.
Konu anlatımı
Düşen cisim neden sürekli hızlanmaz?
Limit hıza ulaşma süreci
Limit hızı etkileyen değişkenler
Paraşüt örneği
Matematiksel model örneklerini yorumlama
Sık yapılan hatalar ve kavram yanılgıları
Anahtar terimler
- Akışkan
- Akma özelliği olan madde: sıvılar ve gazlar (su, hava).
- Direnç kuvveti
- Akışkan içinde hareket eden cisme, hareketine zıt yönde etki eden ve hızla artan kuvvet.
- Limit hız
- Direnç kuvveti ağırlığa eşit olduğunda ulaşılan, bundan sonra değişmeyen sabit hız.
- Direnç katsayısı
- Cismin biçimine, yüzeyine ve akışkana bağlı olarak aynı hızdaki direnç kuvvetini belirleyen büyüklük.
- Etkin yüzey alanı
- Cismin hareket yönüne dik doğrultudaki, akışkana karşı gelen yüzeyi.
- Viskozite
- Akışkanın akmaya gösterdiği direnç (akışkanlığın tersi); bal yüksek, su düşük viskoziteye sahiptir.
- Paraşüt
- Etkin yüzey alanını büyüterek limit hızı küçülten donanım.
- Net kuvvet
- Cisme etki eden kuvvetlerin vektörel toplamı; limit hızda sıfırdır.
Örnek soru
Havada yeterince uzun süre düşen bir cisim limit hızına ulaşmıştır. Bu andaki durumu için aşağıdakilerden hangisi doğrudur?
- Cisme etki eden direnç kuvveti sıfırdır, bu yüzden hız artmaz.
- Direnç kuvveti ağırlığa eşittir; net kuvvet sıfırdır ve hız sabittir.
- Ağırlık, direnç kuvvetinden büyüktür; hız yavaş yavaş artar.
- Direnç kuvveti ağırlıktan büyüktür; cisim durur.
- Cisme hiçbir kuvvet etki etmez; cisim durur.
Doğru cevap: B
Çözüm
1. Hız arttıkça direnç kuvveti artar ve bir noktada ağırlığa eşit olur.
2. Bu anda net kuvvet sıfırdır; Newton I'e göre cisim hızını korur.
3. Hız sıfır değil sabittir: cisim aynı hızla düşmeye devam eder.
Cevap: B. A şıkkı direncin sıfır olduğunu söyler; oysa limit hızda direnç en büyük değerindedir. C şıkkı limit hıza ulaşılmadan önceki durumu, D ve E şıkkı "limit hızda cisim durur" yanılgısını anlatır.