Sorunun Çözümü
Verilen sistemde sürtünme ihmal edilmiştir. Cisimler serbest bırakıldığında hareket denklemlerini yazarak T ip gerilmesini bulalım.
-
Kuvvetlerin Belirlenmesi ve Hareket Yönü:
Eğik düzlemdeki toplam kütle: \(2m + 2m = 4m\).
Eğik düzlemdeki kütlelerin aşağı yönde çeken kuvveti: \(F_{eğik} = (4m)g \sin(30^\circ) = 4mg \times \frac{1}{2} = 2mg\).
Sarkan kütlenin (m) aşağı yönde çeken kuvveti: \(F_{sarkan} = mg\).
\(F_{eğik} > F_{sarkan}\) olduğundan, sistem eğik düzlemdeki kütlelerin aşağı yönde, sarkan kütlenin ise yukarı yönde 'a' ivmesiyle hareket edecektir. -
Sistemin İvmesinin Hesaplanması (a):
Sistemin net kuvveti: \(F_{net} = F_{eğik} - F_{sarkan} = 2mg - mg = mg\).
Sistemin toplam kütlesi: \(M_{toplam} = 4m + m = 5m\).
Newton'ın İkinci Yasası: \(F_{net} = M_{toplam} \times a\)
\(mg = 5m \times a\)
\(a = \frac{mg}{5m} = \frac{g}{5}\). -
T İp Gerilmesinin Hesaplanması:
T ip gerilmesi, eğik düzlemdeki alt 2m kütlesi ile üst 2m kütlesi arasındaki ip gerilmesidir. Alt 2m kütlesi için hareket denklemini yazalım:
Alt 2m kütlesine etki eden kuvvetler:
Aşağı yönde (eğik düzlem boyunca): \((2m)g \sin(30^\circ) = 2mg \times \frac{1}{2} = mg\).
Yukarı yönde (eğik düzlem boyunca): T ip gerilmesi.
Kütle aşağı yönde 'a' ivmesiyle hareket ettiğinden:
\(mg - T = (2m)a\)
Bulduğumuz \(a = \frac{g}{5}\) değerini yerine koyalım:
\(mg - T = 2m \left(\frac{g}{5}\right)\)
\(mg - T = \frac{2mg}{5}\)
\(T = mg - \frac{2mg}{5}\)
\(T = \frac{5mg - 2mg}{5}\)
\(T = \frac{3mg}{5}\). - Doğru Seçenek A'dır.