Bu soruyu çözmek için Newton'un İkinci Hareket Yasası'nı (F=ma) kullanacağız. Sistemdeki sürtünmeler önemsiz olduğu için sadece uygulanan kuvvetleri ve kütleleri dikkate alacağız.
- Adım 1: Sistemin toplam kütlesini ve ivmesini bulun.
Sistem, m ve 2m kütleli iki cisimden oluşmaktadır. Toplam kütle:
$$M_{toplam} = m + 2m = 3m$$
Sisteme etki eden net kuvvet F'dir. Newton'un İkinci Yasası'na göre, sistemin ivmesi (a):
$$F = M_{toplam} \cdot a$$
$$F = 3m \cdot a$$
Buradan ivmeyi çekelim:
$$a = \frac{F}{3m}$$
- Adım 2: m kütleli cisme etki eden kuvvetleri analiz edin.
İpteki T gerilme kuvveti, sadece m kütleli cismi hareket ettiren kuvvettir. m kütleli cisme etki eden net kuvvet T'dir. Bu cisme Newton'un İkinci Yasası'nı uygulayalım:
$$T = m \cdot a$$
- Adım 3: T gerilme kuvvetini F cinsinden ifade edin.
Adım 1'de bulduğumuz ivme değerini ($$a = \frac{F}{3m}$$) Adım 2'deki denkleme yerine koyalım:
$$T = m \cdot \left(\frac{F}{3m}\right)$$
m'ler sadeleşir:
$$T = \frac{F}{3}$$
Yani, ipte meydana gelen T gerilme kuvveti, F kuvvetinin üçte biridir.
Cevap D seçeneğidir.