💡 9. Sınıf Fizik: Fizik yazılı soruları Çözümlü Örnekler

Bu soruyu çözmek için enerji korunumu ilkesini kullanacağız. Elmanın başlangıçtaki potansiyel enerjisi, yere çarpma anındaki kinetik enerjisine eşit olacaktır.

• Adım 1: Verilenleri Belirleme
  Kütle (m) = 500 gram = 0.5 kg
  Yükseklik (h) = 2 metre
  Yerçekimi ivmesi (g) = \( 10 \, \text{m/s}^2 \)
• Adım 2: Potansiyel Enerjiyi Hesaplama
  Potansiyel Enerji (PE) = \( m \times g \times h \)
  PE = \( 0.5 \, \text{kg} \times 10 \, \text{m/s}^2 \times 2 \, \text{m} \)
  PE = \( 10 \) Joule
• Adım 3: Kinetik Enerjiyi Belirleme
  Enerji korunumu gereği, başlangıçtaki potansiyel enerji yere çarpma anındaki kinetik enerjiye eşittir.
  Kinetik Enerji (KE) = PE
  KE = \( 10 \) Joule ✅

Sonuç olarak, elmanın yere çarpma anındaki kinetik enerjisi 10 Joule'dür.

Bu soruda, cismin sabit hızla hareket etmesi durumunda net kuvvetin sıfır olacağı ilkesini kullanacağız.

• Adım 1: Toplam Kütleyi Hesaplama
  Toplam Kütle (M) = Bisiklet Kütlesi + Bisikletli Kütlesi
  M = \( 15 \, \text{kg} + 60 \, \text{kg} \)
  M = \( 75 \, \text{kg} \)
• Adım 2: Kuvvet Dengesi İlkesini Uygulama
  Bisiklet sabit hızla hareket ettiği için, ileriye doğru etki eden kuvvetler (bisikletlinin itme kuvveti) ile geriye doğru etki eden kuvvetler (sürtünme kuvveti) birbirine eşittir.
  İtme Kuvveti (F_itme) = Sürtünme Kuvveti (F_sürtünme)
• Adım 3: İtme Kuvvetini Bulma
  Soruda sürtünme kuvveti \( 30 \) Newton olarak verilmiştir.
  F_itme = \( 30 \) N ✅

Bisikletlinin tekerleklere uyguladığı itme kuvveti 30 Newton'dur.

İş, bir kuvvetin bir cismi kendi doğrultusunda hareket ettirmesi sonucu yapılan enerjinin aktarımıdır.

• Adım 1: Verilenleri Belirleme
  Uygulanan Kuvvet (F) = \( 50 \) N
  Mesafe (d) = \( 5 \) m
  Dambılın Ağırlığı = \( 200 \) N (Bu bilgi iş hesaplaması için doğrudan gerekli değildir, ancak net kuvvetin oluşmasında rol oynayabilir.)
• Adım 2: İş Hesaplama Formülünü Kullanma
  Yapılan İş (W) = Kuvvet (F) \( \times \) Mesafe (d)
  W = \( 50 \, \text{N} \times 5 \, \text{m} \)
  W = \( 250 \) Joule ✅

Sporcunun yaptığı iş 250 Joule'dür.

Günlük hayatta iş kavramı, fiziksel anlamda bir kuvvetin bir cismi kendi doğrultusunda hareket ettirmesiyle ilgilidir.

• Adım 1: Kuvvet ve Mesafeyi Belirleme
  Uygulanan Kuvvet (F) = \( 10 \) N
  Hareket Mesafesi (d) = \( 3 \) m
• Adım 2: Yapılan İşi Hesaplama
  İş (W) = Kuvvet (F) \( \times \) Mesafe (d)
  W = \( 10 \, \text{N} \times 3 \, \text{m} \)
  W = \( 30 \) Joule ✅

Market arabasını iterken yaptığınız iş 30 Joule'dür.

Kinetik enerji, cismin hareketinden dolayı sahip olduğu enerjidir.

• Adım 1: Verilenleri Belirleme
  Kütle (m) = \( 2 \) kg
  Hız (v) = \( 4 \) m/s
• Adım 2: Kinetik Enerji Formülünü Uygulama
  Kinetik Enerji (KE) = \( \frac{1}{2} \times m \times v^2 \)
  KE = \( \frac{1}{2} \times 2 \, \text{kg} \times (4 \, \text{m/s})^2 \)
  KE = \( 1 \, \text{kg} \times 16 \, \text{m}^2/\text{s}^2 \)
  KE = \( 16 \) Joule ✅

Cismin kinetik enerjisi 16 Joule'dür.

Asansörün yükü kaldırmak için yapacağı iş, yükün ağırlığına ve yükseldiği mesafeye bağlıdır. Sabit hızla hareket ettiği için net kuvvet sıfırdır.

• Adım 1: Yükün Ağırlığını Hesaplama
  Ağırlık (W_yük) = Kütle (m) \( \times \) Yerçekimi İvmesi (g)
  W_yük = \( 500 \, \text{kg} \times 10 \, \text{m/s}^2 \)
  W_yük = \( 5000 \) N
• Adım 2: Yapılan İşi Hesaplama
  Asansörün Yaptığı İş = Yükün Ağırlığı \( \times \) Yükseklik
  İş = \( 5000 \, \text{N} \times 10 \, \text{m} \)
  İş = \( 50000 \) Joule ✅

Asansörün yükü yukarı doğru kaldırmak için yapması gereken iş 50000 Joule'dür.

Bu soruda, sürtünme kuvvetinin yaptığı işin, aracın kinetik enerjisini sıfırladığını kullanarak çözüme ulaşacağız.

• Adım 1: Aracın Başlangıç Kinetik Enerjisini Hesaplama
  Kütle (m) = \( 1000 \) kg
  Hız (v) = \( 20 \) m/s
  KE_başlangıç = \( \frac{1}{2} \times m \times v^2 \)
  KE_başlangıç = \( \frac{1}{2} \times 1000 \, \text{kg} \times (20 \, \text{m/s})^2 \)
  KE_başlangıç = \( 500 \, \text{kg} \times 400 \, \text{m}^2/\text{s}^2 \)
  KE_başlangıç = \( 200000 \) Joule
• Adım 2: Sürtünme Kuvvetinin Yaptığı İşi Hesaplama
  Sürtünme Kuvveti (F_sürtünme) = \( 4000 \) N
  Duruş Mesafesi (d) = ?
  Sürtünme Kuvvetinin Yaptığı İş (W_sürtünme) = \( -F_{\text{sürtünme}} \times d \) (Negatif işaret, işin enerji azalttığını gösterir.)
• Adım 3: İş-Enerji Teoremini Uygulama
  Yapılan iş, kinetik enerjideki değişime eşittir.
  W_sürtünme = \( \Delta KE \) = KE_son - KE_başlangıç
  \( -4000 \, \text{N} \times d \) = \( 0 \, \text{J} - 200000 \, \text{J} \)
  \( -4000 \, \text{N} \times d \) = \( -200000 \, \text{J} \)
  \( d = \frac{-200000 \, \text{J}}{-4000 \, \text{N}} \)
  \( d = 50 \) metre ✅

Araç 50 metrede durur.

Fiziksel anlamda iş yapılabilmesi için kuvvetin uygulanması ve cismin bu kuvvet doğrultusunda hareket etmesi gerekir.

• Adım 1: Kuvvetin Yönünü ve Mesafeyi Analiz Etme
  Sporcu, dambılı yukarı doğru kaldırırken bir kuvvet uygular ve dambıl bu kuvvet doğrultusunda hareket eder. Bu sırada iş yapılır.
  Ancak, dambılı havada sabit tuttuğu 2 saniyelik süre boyunca, dambıl hareket etmediği için uygulanan kuvvet doğrultusunda bir mesafe kat edilmemiştir. Bu nedenle bu süre zarfında yapılan iş sıfırdır.
  Dambılı yere indirirken de iş yapılır, ancak soruda sadece dambılı yukarı çıkarma ve sabit tutma süreci sorulmaktadır.
• Adım 2: İş Hesaplaması (Yukarı Çıkarma Kısmı)
  Dambılın kütlesi verilmemiş, ancak ağırlığı \( 200 \) N olarak varsayalım (örnek olarak).
  Eğer dambılın ağırlığı \( W_{dambıl} \) ise, yukarı çıkarırken yapılan iş \( W = W_{\text{dambıl}} \times h \) olurdu.
  Ancak, soruda dambılın ağırlığı yerine kütlesi verilmemiş. Eğer dambılın ağırlığı \( 200 \) N ise:
  İş = Ağırlık \( \times \) Yükseklik
  İş = \( 200 \, \text{N} \times 1.5 \, \text{m} \) = \( 300 \) Joule (Eğer ağırlık 200 N ise)
• Adım 3: Sabit Tutma Sürecinde Yapılan İşi Belirleme
  Dambılı havada sabit tutarken, sporcu kuvvet uygular ancak dambıl hareket etmez. Kuvvet doğrultusunda alınan yol sıfırdır.
  İş = Kuvvet \( \times \) Yol = \( F \times 0 = 0 \) Joule ✅

Bu nedenle, dambılı yukarı çıkarıp 2 saniye boyunca sabit tutma süreci göz önüne alındığında, dambılı havada sabit tuttuğu süre boyunca sporcunun yaptığı iş sıfırdır. Eğer soruda sadece dambılı yukarı kaldırmak için yaptığı iş sorulsaydı, dambılın ağırlığına göre hesaplanırdı. Ancak "çıkarıp 2 saniye boyunca sabit tuttuğu" ifadesi, sabit tuttuğu anda iş yapmadığını vurgular.