🎓 7. Sınıf
📚 7. Sınıf Fen Bilimleri
💡 7. Sınıf Fen Bilimleri: Kuvvet ve enerji Çözümlü Örnekler
7. Sınıf Fen Bilimleri: Kuvvet ve enerji Çözümlü Örnekler
Örnek 1:
🚀 Kütle ve Ağırlık İlişkisi
Bir astronotun Dünya'daki kütlesi \( 60 \) kg olarak ölçülmüştür. Bu astronot Ay yüzeyine gittiğinde kütlesi ve ağırlığı nasıl değişir?
Bir astronotun Dünya'daki kütlesi \( 60 \) kg olarak ölçülmüştür. Bu astronot Ay yüzeyine gittiğinde kütlesi ve ağırlığı nasıl değişir?
Not: Dünya'daki kütle çekim kuvveti, Ay'daki kütle çekim kuvvetinin yaklaşık \( 6 \) katıdır. Dünya'da \( 1 \) kg kütleye etki eden yer çekimi kuvveti yaklaşık \( 10 \) N kabul edilir.
Çözüm:
💡 Çözüm Adımları:
- Kütle Değerlendirilir: Kütle, değişmeyen madde miktarıdır. Evrenin neresine gidilirse gidilsin kütle asla değişmez. Bu nedenle astronotun Ay'daki kütlesi yine \( 60 \) kg olacaktır.
- Dünya'daki Ağırlık Hesaplanır: Ağırlık, kütleye etki eden yer çekimi kuvvetidir.
Dünya'daki Ağırlık = Kütle \( \times \) Yer Çekimi İvmesi
Dünya'daki Ağırlık = \( 60 \times 10 = 600 \) N olur. - Ay'daki Ağırlık Hesaplanır: Ay'daki yer çekimi Dünya'dakinin \( 6 \)'da biri kadardır.
Ay'daki Ağırlık = \( 600 \div 6 = 100 \) N olarak bulunur.
Örnek 2:
🏃♂️ Fiziksel Anlamda İş
Fen bilimleri dersinde "fiziksel anlamda iş" konusunu öğrenen öğrenciler, günlük hayattan şu örnekleri veriyor:
I. Sırt çantasıyla düz yolda sabit hızla yürüyen bir öğrenci.
II. Yerde duran ağır bir kutuyu yukarı doğru kaldırıp rafa koyan bir işçi.
III. Duvara tüm gücüyle bastırdığı halde duvarı hareket ettiremeyen bir sporcu.
Buna göre, hangi durumlarda fiziksel anlamda iş yapılmıştır? Açıklayınız.
Fen bilimleri dersinde "fiziksel anlamda iş" konusunu öğrenen öğrenciler, günlük hayattan şu örnekleri veriyor:
I. Sırt çantasıyla düz yolda sabit hızla yürüyen bir öğrenci.
II. Yerde duran ağır bir kutuyu yukarı doğru kaldırıp rafa koyan bir işçi.
III. Duvara tüm gücüyle bastırdığı halde duvarı hareket ettiremeyen bir sporcu.
Buna göre, hangi durumlarda fiziksel anlamda iş yapılmıştır? Açıklayınız.
Çözüm:
💡 Çözüm Adımları:
Fiziksel anlamda iş yapılabilmesi için iki temel şart vardır:
- Cisme bir kuvvet uygulanmalıdır.
- Cisim, uygulanan kuvvetle aynı doğrultuda yol almalıdır.
Şimdi durumları tek tek inceleyelim:
- I. Durum: Öğrenci çantayı taşımak için yukarı doğru bir kuvvet uygular ancak yatay doğrultuda hareket eder. Kuvvet ve hareket doğrultuları farklı olduğu için fiziksel anlamda iş yapılmaz.
- II. Durum: İşçi kutuyu kaldırmak için yukarı doğru bir kuvvet uygular ve kutu yukarı doğru hareket eder. Kuvvet ve hareket doğrultusu aynı (düşey) olduğu için fiziksel anlamda iş yapılır.
- III. Durum: Sporcu duvara kuvvet uygular ancak duvar hareket etmez (alınan yol sıfırdır). Cisim hareket etmediği için fiziksel anlamda iş yapılmaz.
Örnek 3:
🚗 Kinetik ve Potansiyel Enerji Karşılaştırması
Özdeş (kütleleri eşit) iki oyuncak arabadan K arabası \( 2v \) süratiyle, L arabası ise \( v \) süratiyle yatay yolda hareket etmektedir. Aynı zamanda, bu arabalarla eşit kütleye sahip bir M cismi ise yerden \( h \) yüksekliğindeki bir masanın üzerinde durmaktadır.
Buna göre; K, L ve M cisimlerinin sahip olduğu enerji türlerini belirleyerek, enerjilerinin büyüklüklerini karşılaştırınız.
Özdeş (kütleleri eşit) iki oyuncak arabadan K arabası \( 2v \) süratiyle, L arabası ise \( v \) süratiyle yatay yolda hareket etmektedir. Aynı zamanda, bu arabalarla eşit kütleye sahip bir M cismi ise yerden \( h \) yüksekliğindeki bir masanın üzerinde durmaktadır.
Buna göre; K, L ve M cisimlerinin sahip olduğu enerji türlerini belirleyerek, enerjilerinin büyüklüklerini karşılaştırınız.
Çözüm:
💡 Çözüm Adımları:
- Enerji Türlerinin Belirlenmesi:
- K ve L arabaları hareket halinde oldukları için kinetik enerjiye sahiptir.
- M cismi belirli bir yükseklikte durduğu için çekim potansiyel enerjisine sahiptir.
- Kinetik Enerjilerin Karşılaştırılması (K ve L):
- Kinetik enerji, cismin kütlesine ve süratine bağlıdır.
- K ve L arabalarının kütleleri eşittir. Ancak K arabasının sürati (\( 2v \)), L arabasının süratinden (\( v \)) büyüktür.
- Bu nedenle K'nin kinetik enerjisi, L'nin kinetik enerjisinden büyüktür: K \( > \) L.
- Potansiyel Enerji (M):
- M cisminin enerjisi çekim potansiyel enerjisidir ve yüksekliğine bağlıdır. Doğrudan kinetik enerjilerle sayısal olarak karşılaştırılamaz ancak sahip olduğu enerji türü konumundan kaynaklanır.
Örnek 4:
🎢 Sürtünmesiz Rayda Enerji Dönüşümü
Sürtünmelerin ihmal edildiği bir ortamda, şekildeki gibi yüksek bir tepenin A noktasından serbest bırakılan bir bilye sırasıyla B, C ve D noktalarından geçmektedir.
- A noktası en yüksek noktadır.
- B noktası yer seviyesindedir (en alt nokta).
- C noktası, A'dan daha alçakta, B'den daha yüksekte bir tepedir.
- D noktası ise yer seviyesindedir.
Bilyenin bu hareketi sırasında gerçekleşen kinetik ve potansiyel enerji dönüşümlerini noktalar bazında detaylıca yorumlayınız.
Sürtünmelerin ihmal edildiği bir ortamda, şekildeki gibi yüksek bir tepenin A noktasından serbest bırakılan bir bilye sırasıyla B, C ve D noktalarından geçmektedir.
- A noktası en yüksek noktadır.
- B noktası yer seviyesindedir (en alt nokta).
- C noktası, A'dan daha alçakta, B'den daha yüksekte bir tepedir.
- D noktası ise yer seviyesindedir.
Bilyenin bu hareketi sırasında gerçekleşen kinetik ve potansiyel enerji dönüşümlerini noktalar bazında detaylıca yorumlayınız.
Çözüm:
💡 Çözüm Adımları:
Sürtünmesiz ortamlarda toplam mekanik enerji (Kinetik + Potansiyel Enerji) her zaman korunur. Enerjiler birbirine dönüşür:
- A Noktasında: Bilye ilk başta durduğu için kinetik enerjisi sıfırdır. Yükseklik en fazla olduğu için çekim potansiyel enerjisi maksimumdur.
- A'dan B'ye Giderken: Bilye aşağı doğru indikçe yüksekliği azalır, sürati artar. Yani potansiyel enerji kinetik enerjiye dönüşür.
- B Noktasında: Yer seviyesinde olduğu için potansiyel enerji sıfıra iner. Sürat en üst seviyede olduğundan kinetik enerji maksimumdur.
- B'den C'ye Giderken: Bilye yukarı tırmandıkça yavaşlar ve yüksekliği artar. Bu durumda kinetik enerji potansiyel enerjiye dönüşür.
- C Noktasında: Bilyenin hem yüksekliği hem de sürati vardır. Dolayısıyla hem kinetik hem de potansiyel enerjiye sahiptir.
- C'den D'ye Giderken: Tekrar aşağı indiği için potansiyel enerji kinetik enerjiye dönüşür.
Örnek 5:
🏹 Esneklik Potansiyel Enerjisi
Bir okçu, yayı germek için kuvvet uygulayarak oku fırlatmaya hazır hale getirir. Okçu yayı serbest bıraktığında ok büyük bir hızla hedefe doğru fırlar.
Bu günlük hayat örneğinde gerçekleşen enerji aktarımını ve dönüşümünü esneklik potansiyel enerjisi kavramını kullanarak açıklayınız.
Bir okçu, yayı germek için kuvvet uygulayarak oku fırlatmaya hazır hale getirir. Okçu yayı serbest bıraktığında ok büyük bir hızla hedefe doğru fırlar.
Bu günlük hayat örneğinde gerçekleşen enerji aktarımını ve dönüşümünü esneklik potansiyel enerjisi kavramını kullanarak açıklayınız.
Çözüm:
💡 Çözüm Adımları:
- Kuvvet Uygulanması ve Enerji Depolanması: Okçu yayı çektiğinde, yayda bir şekil değişikliği meydana gelir. Esnek cisimlerin sıkıştırılması veya gerilmesi sonucunda depolanan enerjiye esneklik potansiyel enerjisi denir. Okçunun kas enerjisi, yayda esneklik potansiyel enerjisi olarak depolanır.
- Yayın Serbest Bırakılması: Okçu yayı serbest bıraktığında, yay eski haline dönmek ister. Bu sırada yayda biriken esneklik potansiyel enerjisi, oka aktarılır.
- Kinetik Enerjiye Dönüşüm: Oka aktarılan enerji, okun hız kazanmasını sağlar. Böylece esneklik potansiyel enerjisi kinetik enerjiye dönüşmüş olur.
Örnek 6:
🛝 Sürtünme Kuvvetinin Enerjiye Etkisi
Yaz aylarında parkta oynayan Ahmet, metal bir kaydıraktan kayarken aşağıya doğru indikçe çok fazla hızlanamadığını ve kaydırağın yüzeyinin çok sıcak olduğunu fark ediyor. Ayrıca kaydıktan sonra pantolonunun arkasının da ısındığını hissediyor.
Ahmet'in yaşadığı bu durumu enerji dönüşümü ve sürtünme kuvveti açısından açıklayınız.
Yaz aylarında parkta oynayan Ahmet, metal bir kaydıraktan kayarken aşağıya doğru indikçe çok fazla hızlanamadığını ve kaydırağın yüzeyinin çok sıcak olduğunu fark ediyor. Ayrıca kaydıktan sonra pantolonunun arkasının da ısındığını hissediyor.
Ahmet'in yaşadığı bu durumu enerji dönüşümü ve sürtünme kuvveti açısından açıklayınız.
Çözüm:
💡 Çözüm Adımları:
- Başlangıç Enerjisi: Ahmet kaydırağın tepesindeyken yerden yüksekte olduğu için çekim potansiyel enerjisine sahiptir.
- Sürtünme Kuvvetinin Rolü: Ahmet aşağı doğru kayarken, pantolonu ile kaydırak yüzeyi arasında hareketi engelleyici bir sürtünme kuvveti oluşur.
- Isı Enerjisine Dönüşüm: Sürtünme kuvveti, Ahmet'in sahip olduğu mekanik enerjinin (potansiyel enerjinin) bir kısmının ısı enerjisine dönüşmesine neden olur. Bu yüzden kaydırak yüzeyi ve pantolon ısınır.
- Hızın Etkilenmesi: Potansiyel enerjinin tamamı kinetik enerjiye (hıza) dönüşemediği için Ahmet beklenenden daha yavaş kayar.
Örnek 7:
🪐 Gezegenlerde Kütle ve Ağırlık Ölçümü
Bir cismin K, L ve M gezegenlerindeki ağırlığı özdeş dinamometreler kullanılarak ölçülüyor. Ölçüm sonuçlarına göre cismin ağırlığı:
- K gezegeninde \( 30 \) N,
- L gezegeninde \( 10 \) N,
- M gezegeninde \( 50 \) N olarak belirlenmiştir.
Buna göre:
a) Gezegenlerin cisme uyguladığı kütle çekim kuvvetlerini büyükten küçüğe sıralayınız.
b) Cismin bu gezegenlerdeki kütlelerini karşılaştırınız.
Bir cismin K, L ve M gezegenlerindeki ağırlığı özdeş dinamometreler kullanılarak ölçülüyor. Ölçüm sonuçlarına göre cismin ağırlığı:
- K gezegeninde \( 30 \) N,
- L gezegeninde \( 10 \) N,
- M gezegeninde \( 50 \) N olarak belirlenmiştir.
Buna göre:
a) Gezegenlerin cisme uyguladığı kütle çekim kuvvetlerini büyükten küçüğe sıralayınız.
b) Cismin bu gezegenlerdeki kütlelerini karşılaştırınız.
Çözüm:
💡 Çözüm Adımları:
- a) Kütle Çekim Kuvvetlerinin Sıralanması:
- Ağırlık, bir gezegenin cisme uyguladığı kütle çekim kuvvetinin bir göstergesidir. Bir cismin ağırlığı ne kadar fazla ise o gezegenin kütle çekim kuvveti o kadar büyüktür.
- Ağırlıklar: M (\( 50 \) N) \( > \) K (\( 30 \) N) \( > \) L (\( 10 \) N) şeklindedir.
- Bu durumda kütle çekim kuvveti sıralaması da M \( > \) K \( > \) L olur.
- b) Kütlelerin Karşılaştırılması:
- Kütle, madde miktarıdır ve bulunulan yere göre asla değişmez.
- Cisim hangi gezegene götürülürse götürülsün kütlesi aynı kalacaktır.
- Bu nedenle cismin K, L ve M gezegenlerindeki kütleleri birbirine eşittir.
Örnek 8:
🪂 Hava Direnci ve Paraşüt Tasarımı
Gökyüzünden serbest atlayış yapan bir sporcu, uçaktan atladıktan bir süre sonra paraşütünü açar. Paraşüt açıldıktan sonra sporcunun yere iniş hızı güvenli bir seviyeye düşer.
Paraşütün açılmasının sürtünme kuvveti (hava direnci) ve enerji dönüşümü üzerindeki etkisini açıklayınız.
Gökyüzünden serbest atlayış yapan bir sporcu, uçaktan atladıktan bir süre sonra paraşütünü açar. Paraşüt açıldıktan sonra sporcunun yere iniş hızı güvenli bir seviyeye düşer.
Paraşütün açılmasının sürtünme kuvveti (hava direnci) ve enerji dönüşümü üzerindeki etkisini açıklayınız.
Çözüm:
💡 Çözüm Adımları:
- Hava Direncinin Artması: Hava direnci, havadaki cisimlere hareket yönünün tersine etki eden bir sürtünme kuvvetidir. Sürtünme kuvveti temas eden yüzey alanının büyüklüğü ile doğru orantılıdır. Paraşüt açıldığında yüzey alanı çok büyük oranda artar, bu da hava direncini (sürtünmeyi) maksimuma çıkarır.
- Enerji Dönüşümü: Sporcu aşağı düşerken çekim potansiyel enerjisi kinetik enerjiye dönüşmektedir. Paraşüt açıldığında oluşan büyük sürtünme kuvveti, bu kinetik enerjinin büyük bir kısmını ısı ve ses enerjisine dönüştürür.
- Güvenli İniş: Kinetik enerjinin (hızın) azalması sayesinde sporcu yere çok yavaş ve güvenli bir hızla iniş yapar.
Daha Fazla Soru ve İçerik İçin QR Kodu Okutun
https://www.eokultv.com/atolye/7-sinif-fen-bilimleri-kuvvet-ve-enerji/sorular