Araştıralım-Tartışalım Soruları ve Cevapları
1. Soru: Görsel 1.7.4’te gerilmiş beze fırlatılan yumurtanın kırılmadığı görülmektedir. Yumurtanın kırılmamasının nedenini tartışınız.
Cevap: Yumurtanın gerilmiş beze çarpması sırasında kuvvetin etki süresi uzar ve bu durum, yumurtaya etki eden ivmenin azalmasını sağlar. Momentum değişimi sabit olduğundan, etki süresi uzatılarak yumurtaya etki eden kuvvet azaltılır. Bu sayede yumurta kırılmadan durdurulabilir. Bu durum, Newton’un ikinci yasasına göre açıklanabilir: F=Δp/Δt. Etki süresini artırarak kuvveti azaltmak, kırılmayı engeller.
2. Soru: “Basilisk lizard” kertenkeleleri Görsel 1.7.5’teki gibi suyun üzerinde koşabilir. Bu hareket sırasında kertenkelelere uygulanan yukarı doğru itme kuvvetinin hangi değişkenlere bağlı olduğunu araştırınız ve elde ettiğiniz bilgileri arkadaşlarınızla tartışınız.
Cevap: Kertenkelelerin suyun üzerinde koşabilmesi, hareket sırasında uygulanan yukarı doğru itme kuvvetine bağlıdır. Bu kuvvet şu değişkenlere bağlıdır:
- Kertenkelelerin bacak hızları: Kertenkeleler bacaklarını hızla hareket ettirerek suyun üzerinde itme kuvveti oluşturur.
- Suyun yüzey gerilimi: Suyun yüzey gerilimi, kertenkelelerin suyun içine batmasını engeller.
- Bacakların temas yüzeyi: Daha geniş bir temas yüzeyi, suyun üzerinde daha fazla destek sağlar.
Bu hareket, Newton’un üçüncü yasasına (etki-tepki prensibi) dayanır. Kertenkeleler bacaklarıyla suyu aşağı doğru iterken, su da kertenkelelere yukarı doğru bir kuvvet uygular.
3. Soru: Seyirciler önünde 30 cm derinliğindeki suya 5-10 m yüksekliğindeki bir platformdan karın üstü atlayan insanların gösterileri sırasında oluşan itme kuvvetinin hangi değişkenlere bağlı olduğunu araştırınız ve tartışınız.
Cevap: Suyun uyguladığı itme kuvveti şu değişkenlere bağlıdır:
- Kişinin hızı: Daha yüksek bir hızla suya çarpan kişi, daha büyük bir itme kuvveti ile karşılaşır.
- Kişinin kütlesi: Kütle arttıkça suyun uyguladığı direnç kuvveti de artar.
- Vücut şekli ve yüzey alanı: Daha geniş bir yüzey alanıyla çarpan kişi, daha fazla su direnci ile karşılaşır.
- Suyun derinliği: Derinlik azaldıkça, suyun uygulanabilir itme kuvveti artar çünkü daha sert bir direnç oluşur.
Bu durum, Newton’un hareket yasalarına ve momentum korunumuna bağlı olarak açıklanabilir.
4. Soru: Görsel 1.7.6’daki kağıt havlu veya ip gibi koparabileceğimiz cisimlerde ani bir çekme hareketi mi yoksa yavaş çekme hareketi mi cisimlerin daha kolay kopmalarını sağlar? Tartışınız.
Cevap: Ani bir çekme hareketi, cisimlerin daha kolay kopmasını sağlar. Çünkü ani çekme sırasında elastik veya esnek yapılar tepki veremeden kopma meydana gelir. Yavaş çekme durumunda ise materyal esnekliğini kullanarak direnir ve kopma daha zor gerçekleşir. Bu durum, maddenin iç gerilme kuvvetleri ve ivme ile açıklanabilir.
5. Soru: Aynı çiviye aynı hızla vurduğunuzda kütleleri farklı olan çekiçle mi yoksa keserle mi çiviyi çakmak daha kolay olur? Tartışınız.
Cevap: Kütlesi daha büyük olan çekiç, çiviyi çakmakta daha etkilidir. Bunun nedeni, çekiçin daha büyük bir momentum taşımasıdır (p=m⋅vp = m \cdot vp=m⋅v). Kütle arttıkça, aynı hızda daha büyük bir kuvvet uygulanır ve bu da çivinin yüzeye daha kolay girmesini sağlar.
6. Soru: Otoyollarda yol kenarlarına yapılacak olan bariyerlerin herhangi bir kaza sırasında insanların hayatlarını kurtarmak için nasıl tasarlanması gerektiğini araştırınız ve tartışınız.
Cevap: Otoyol bariyerleri, kazalarda momentum değişimini yavaşlatacak şekilde tasarlanmalıdır. Bariyerlerin esnek ve enerji emici malzemelerden yapılması, çarpma sırasında etki süresini uzatarak kuvveti azaltır. Böylece, araçtaki yolcular üzerindeki etki minimuma indirilir. Ayrıca, bariyerlerin yönlendirme özelliği, aracın yoldan çıkmasını veya devrilmesini engelleyerek ciddi kazaların önüne geçer.