Fizik laboratuvarı
Olayı gözünde canlandır, büyüklükleri ve birimleri takip et.
8 bölüm · ~17 dk · 15 etkileşim
İtme ve çizgisel momentum, AYT Fizik'te her yıl yaklaşık 1 soruyla sorulan ve enerji konusuyla sık sık birleştirilen bir konudur. TYT müfredatında yer almadığı için öğrenciler bu konuyla ilk kez AYT hazırlığında karşılaşır. Sorular genellikle itme–momentum değişimi, çarpışmalarda momentum korunumu, esnek ve esnek olmayan çarpışmalarda enerji ve patlama (ayrılma) başlıkları altında gelir.
1Momentum ve itme: hareketin "miktarı"
İlk bölüm! Temeli burada atıyoruz, acele etme.
Momentum (çizgisel momentum), kütle ile hızın çarpımıdır ve hız gibi vektörel bir büyüklüktür. İtme ise bir kuvvetin belli bir süre boyunca etki etmesinin sonucudur; itme, cismin momentumundaki değişime eşittir.
2İtme–momentum teoremi iş başında
Önemli yerleri altını çizer gibi oku.
Bir top duvara çarpıp geri döndüğünde hızı yalnızca yavaşlamaz, yön değiştirir. Momentumdaki değişim bu yüzden beklenenden büyüktür.
0,2 kg kütleli bir top, bir duvara 20 m/s hızla dik olarak çarpıyor ve 15 m/s hızla geri dönüyor. Top ile duvarın temas süresi 0,05 s ise duvarın topa uyguladığı ortalama kuvvet kaç N'dur?
Kuvvet sabit değilse itmeyi kuvvet–zaman grafiğinin altındaki alandan bulursun. Sıra sende:
Diske uygulanan kuvvetin zamanla değişimi: alan, yani itme, ½ · 0,4 · 50 = 10 N·s'dir.
Sürtünmesiz yatay düzlemde durmakta olan 0,5 kg kütleli bir diske yatay bir kuvvet uygulanıyor. Kuvvetin büyüklüğü 0,2 s içinde 0'dan 50 N'a düzgün olarak artıyor, sonraki 0,2 s içinde yine düzgün olarak 0'a iniyor.
Kuvvetin etkisi bittiğinde diskin hızı kaç m/s olur?
3Momentumun korunumu
Örneklere dikkat et; soruların çoğu buradan çıkar.
Konunun en güçlü aracı momentumun korunumudur: Bir sisteme etki eden dış kuvvetlerin bileşkesi sıfırsa (ya da çarpışma çok kısa sürdüğü için dış kuvvetlerin etkisi ihmal edilebiliyorsa) sistemin toplam momentumu korunur.
| Çarpışma türü | Momentum | Kinetik enerji | Akılda kalsın |
|---|---|---|---|
| Yapışan (tamamen esnek olmayan) | Korunur | Her zaman azalır | Ortak hız = Σ(mv) / Σm |
| Esnek | Korunur | Korunur | Eşit kütlelerde hızlar değiş tokuş edilir: çarpan durur, çarpılan v₁ ile gider |
| Esnek, hafif cisim ağıra çarparsa | Korunur | Korunur | Hafif cisim geri döner (v₁' < 0) |
| Patlama (durgun başlangıç) | Toplam sıfır kalır | Açığa çıkar | Parçaların momentumları eşit büyüklükte, zıt yönlü |
4Yapışan ve esnek çarpışmalar
Bunu bir arkadaşına anlatabilir misin? Kafanda bir dene.
Sürtünmesiz yatay yolda 8 m/s hızla giden 3 kg kütleli bir araba, durmakta olan 1 kg kütleli arabaya çarpıp yapışıyor. Ortak hız ve kaybolan kinetik enerji nedir?
2 kg kütleli bir bilye 6 m/s hızla, durmakta olan 1 kg kütleli bilyeye merkezî ve esnek olarak çarpıyor. Çarpışmadan sonraki hızlar nedir?
Düz bir yolda doğuya doğru 20 m/s hızla giden 1000 kg kütleli bir otomobil, batıya doğru 10 m/s hızla gelen 1500 kg kütleli bir kamyonetle kafa kafaya çarpışıyor ve iki araç birbirine kenetleniyor.
Çarpışmadan hemen sonra araçların ortak hızı nedir?
5Patlama ve iki boyutlu çarpışma
Yarıyı geçtin, harika gidiyorsun! 3 bölüm kaldı.
Durgun bir cisim parçalandığında başlangıç momentumu sıfırdır; sonrasında da sıfır kalmalıdır. İki boyutta ise momentum x ve y eksenlerinde ayrı ayrı korunur; dik momentumların bileşkesi Pisagor ile bulunur.
Durmakta olan 5 kg kütleli bir cisim iç patlamayla 2 kg ve 3 kg kütleli iki parçaya ayrılıyor. 2 kg'lık parça 15 m/s hızla doğuya gidiyorsa diğer parçanın hızı ve patlamada açığa çıkan kinetik enerji nedir?
Sürtünmesiz buz üzerinde doğuya 6 m/s hızla kayan 2 kg kütleli disk ile kuzeye 3 m/s hızla kayan 3 kg kütleli disk çarpışıp yapışıyor. Ortak hızın büyüklüğü nedir?
4 kg kütleli bir tüfekten 20 g kütleli bir mermi 400 m/s hızla ateşleniyor. Tüfek ateşlemeden önce durgundur ve serbestçe geri tepebilmektedir.
Tüfeğin geri tepme hızı kaç m/s'dir?
6Sık yapılan hatalar
Takıldığın yere not al, sonra birlikte döneriz.
Aşağıdaki yargılar öğrencilerin en sık düştüğü yanılgılardan. Doğru mu, yanlış mı?
Momentum skaler bir büyüklüktür.
Her çarpışmada kinetik enerji korunur.
Sürtünmeli yüzeyde çarpışmadan sonraki kayma sürecinde de momentum korunur.
Başlangıçta durgun bir sistem patladığında parçaların momentumlarının vektörel toplamı sıfırdır.
Geri sekme durumunda Δp bulunurken hızlar birbirinden çıkarılır.
Balistik sarkaçta enerji, çarpışma boyunca korunur.
Eğik çarpmada duvar topun tüm hızını tersine çevirir.
Çarpışan iki cisme etki eden itmeler eşit büyüklükte ve zıt yönlüdür.
7ÖSYM'de nasıl soruluyor
Önemli yerleri altını çizer gibi oku.
- Kuvvet–zaman grafikleri: Grafik altındaki alandan itme ve hız değişimi bulunur (sınavda grafik görsel olarak verilir).
- Çarpışma sonrası hareket: Çarpışmadan sonra cisimlerin sürtünmeli yüzeyde alacağı yol, rampada çıkacağı yükseklik; momentum ve enerji birlikte kullanılır.
- Balistik sarkaç: Mermi hızının bloğun yükseldiği yükseklikten bulunması.
- Patlama ve ayrılma: Aralarında sıkıştırılmış yay bulunan bloklar, tüfeğin geri tepmesi, kayıkçı–kayık sistemleri.
- İki boyutlu çarpışma: Dik doğrultularda gelen cisimlerin yapışması, üç parçaya ayrılan cisimler.
- Öncüllü sorular: "I. Toplam momentum korunur. II. Toplam kinetik enerji korunur. III. Cisimlere etki eden itmeler eşit büyüklüktedir." gibi yargılar (etki–tepki nedeniyle çarpışan iki cisme etki eden itmeler eşit ve zıttır).
8Kısa tekrar
Son bölüm! Biraz kaldı, bitirmek üzeresin.
p = m·v (); J = F·Δt = . F–t grafiğinin altındaki alan . Dış kuvvet yoksa toplam korunur. Yapışan çarpışma: v = ; kinetik enerji . Esnek çarpışma: momentum ve korunur; eşit kütlelerde hızlar . Durgun cismin patlaması: parçaların momentumları eşit büyüklükte ve . E_k = .