12. Sınıf Fizik · 1. Ünite: Kuvvet ve Hareket
Momentumun Korunumu
Bilardo toplarının çarpışması, tüfeğin geri tepmesi, havai fişeğin patlaması ve roketin uzaya çıkışı farklı olaylar gibi görünür; hepsini tek bir ilke yönetir: dış kuvvet yoksa toplam momentum değişmez. Bu konuda korunum şartını belirleyecek, bir ve iki boyutta çarpışmaları, patlamaları ve roket hareketini momentum korunumuyla çözecek ve elde ettiğin sonuçların fiziksel anlamı hakkında yargıda bulunacaksın.
Kazanımlar
- FİZ.12.1.4.a. Çarpışma, patlama ve roket örneklerinde çarpışma öncesi ve sonrası kütle ile hız verilerini toplayıp tabloya yazar.
- FİZ.12.1.4.b. Bir ve iki boyutta esnek ve esnek olmayan çarpışmalarda, patlamalarda ve roket hareketinde momentumun korunumundan hız hesaplar.
- FİZ.12.1.4.b. Çarpışma öncesi ve sonrası kinetik enerjileri karşılaştırarak çarpışmanın türünü belirler.
- FİZ.12.1.4.c. Momentumun korunumunun geçerli olduğu ve olmadığı durumlar hakkında yargıda bulunur; farklı uygulamalardaki korunumu gerekçelendirir.
Konu anlatımı
Momentumun Korunumu Şartı
Bir Boyutta Çarpışmalar
Patlama ve Geri Tepme
Roket Hareketi
İki Boyutta Momentumun Korunumu
Çözümlü Örnekler
Sık Yapılan Hatalar ve Kavram Yanılgıları
Anahtar terimler
- Momentumun korunumu
- Net dış kuvvet sıfırken sistemin toplam momentumunun değişmemesi.
- İç kuvvet / dış kuvvet
- Sistemin cisimlerinin birbirine uyguladığı kuvvetler / sistem dışındaki cisimlerin uyguladığı kuvvetler.
- Esnek çarpışma
- Momentumun ve kinetik enerjinin birlikte korunduğu çarpışma.
- Esnek olmayan çarpışma
- Momentumun korunduğu, kinetik enerjinin bir kısmının ısı, ses ve şekil değişimine dönüştüğü çarpışma.
- Tam esnek olmayan çarpışma
- Cisimlerin kenetlenip ortak hızla gittiği, kinetik enerji kaybının en büyük olduğu çarpışma.
- Patlama (geri tepme)
- İç kuvvetlerle cismin parçalanması ya da cisimlerin ayrılması; momentum korunur, kinetik enerji artar.
- Roket hareketi
- Gazın geriye atılmasıyla roketin ileri momentum kazanması; roket + gaz sisteminde toplam momentum korunur.
- Vektörel toplam
- Momentumların yönleri dikkate alınarak bileşenlerine ayrılıp toplanması; dik iki momentum için $P = \sqrt{p_1^2 + p_2^2}$.
Örnek soru
Bir cisim sisteminin toplam momentumunun korunması için aşağıdakilerden hangisi gerekli ve yeterli koşuldur?
- Sistemin mekanik enerjisinin korunması
- Sisteme etkiyen net dış kuvvetin sıfır olması
- Cisimler arasında sürtünme kuvvetinin olmaması
- Cisimlerin çarpışmadan sonra birlikte hareket etmesi
- Çarpışmanın esnek olması
Doğru cevap: B
Çözüm
1. Cisimlerin birbirine uyguladığı iç kuvvetler etki–tepki çiftidir; itmeleri zıt işaretli olduğundan toplam momentum değişimine katkıları sıfırdır.
2. Toplam momentumu yalnızca dış kuvvetler değiştirebilir. Net dış kuvvet sıfırsa $\vec{p}_{\text{önce}} = \vec{p}_{\text{sonra}}$ olur.
Cevap: B. Mekanik enerjinin korunması (A) ve esnek çarpışma (E) momentumun korunumu için gerekli değildir; esnek olmayan çarpışmalarda da momentum korunur. Birlikte hareket etmek (D) yalnızca çarpışma türünü belirler.