11. Sınıf Fizik · 1. Ünite: Kuvvet ve Hareket
Serbest Düşme
Ağır bir taşın ve hafif bir tüyün aynı yükseklikten bırakıldığında farklı sürede yere düştüğünü günlük hayatta görürüz. Bunun nedeni cisimlerin kütlesi değil, hava direncidir. Havanın olmadığı bir ortamda (örneğin Ay'da ya da vakum tüpünde) tüy ile çekiç aynı anda yere ulaşır. Bu konuda yalnızca yer çekimi etkisindeki cisimlerin hareketini, yani serbest düşmeyi inceleyecek, ivmenin kütleden bağımsız ve sabit olduğunu verilerden çıkaracaksın. Hava direnci ihmal edilir ve $g=10\ \text{m/s}^2$ alınır.
Kazanımlar
- FİZ.11.1.1.a. Serbest düşme hareketi yapan cisimleri gözlemleyerek ivme ve hız değişimleri arasındaki ilişkiyi bulur.
- FİZ.11.1.1.b. Serbest düşme hareketi yapan cisimlerin ivmesinin kütleden bağımsız ve sabit olduğunu genelleyerek ifade eder.
- FİZ.11.1.2.a. Serbest düşme hareketi ile ilgili zaman, hız ve konum verilerini toplayarak kaydeder.
- FİZ.11.1.2.b. Topladığı verilerle veri setleri oluşturur; hız–zaman ve konum–zaman grafiklerini çizer ve yorumlar.
- FİZ.11.1.2.c. Serbest düşmeyi verilere dayalı olarak açıklar; $v = v_0 - g t$ ve $y = y_0 + v_0 t - \tfrac12 g t^2$ bağıntılarını kullanır.
Konu anlatımı
Gözlem: hangi cisim önce yere düşer?
Serbest düşme ivmesi: kütleden bağımsız
Hız–zaman verileri: Δv her saniye aynı
Konum–zaman verileri
İlk hızı olan cisimler: yukarı ve aşağı
Veri toplayıp açıklama yapma
Çözümlü örnekler
Sık yapılan hatalar ve kavram yanılgıları
Genelleme
Anahtar terimler
- Serbest düşme
- Yalnızca yer çekimi etkisinde (hava direnci ihmal) yapılan hareketlerin ortak adı.
- Yer çekimi ivmesi (g)
- Serbest düşen cismin ivmesi; bu derste 10 m/s², yönü aşağı.
- Hava direnci
- Havanın hareketli cisme uyguladığı, hareketi zorlaştıran kuvvet; bu konuda ihmal edilir.
- Düşme süresi
- Cismin bırakıldığı andan yere çarptığı ana kadar geçen süre.
- Çarpma hızı
- Cismin yere çarptığı andaki hızı.
- Veri seti
- Zaman, hız ve konum gibi ölçümlerin tablolaştırılmış hali.
- Tepe noktası
- Yukarı fırlatılan cismin hızının sıfır olduğu en yüksek nokta.
Örnek soru
Hava direncinin ihmal edildiği bir ortamda aynı yükseklikten, aynı anda, kütleleri 1 kg ve 4 kg olan iki küre serbest bırakılıyor. Aşağıdakilerden hangisi doğrudur?
- 4 kg'lık küre daha önce yere çarpar
- 1 kg'lık küre daha önce yere çarpar
- İkisi aynı anda yere çarpar ve aynı hızla çarpar
- İkisi aynı anda çarpar ama 4 kg'lık küre daha büyük hızla çarpar
- 4 kg'lık kürenin ivmesi 4 kat daha büyüktür
Doğru cevap: C
Çözüm
1. Ağırlık $mg$, ivme $a=F/m=mg/m=g$; kütle sadeleşir.
2. İvme ($10$ m/s²) iki küre için de aynı, yükseklik aynı olduğundan düşme süresi $t=\sqrt{2h/g}$ ve çarpma hızı $v=\sqrt{2gh}$ eşittir.
Cevap: C. D şıkkı, "ağır olan daha büyük hızla çarpar" yanılgısıdır; ağır cisme etkiyen kuvvet büyüktür ama hızlandırılması da o kadar zordur.