Verilen soruyu adım adım, kısa ve öz bir şekilde çözelim:
- 1. Grafiği Analiz Etme:
Grafikten anlaşıldığı üzere, uygulanan kuvvet 10 N'a ulaşana kadar cismin ivmesi sıfırdır. Bu durum, cismin harekete geçmesi için sürtünme kuvvetinin aşılması gerektiğini gösterir. Dolayısıyla, maksimum statik sürtünme kuvveti $F_{s,max} = 10 \text{ N}$'dir.
Cisim harekete geçtikten sonra (kuvvet 10 N'dan büyük olduğunda), ivme artmaya başlar. Grafiğin son noktasında, uygulanan kuvvet $F = 20 \text{ N}$ iken ivme $a = 5 \text{ m/s}^2$'dir.
- 2. Sürtünme Kuvveti Denklemini Kurma:
Yatay düzlemde sürtünme kuvveti $F_s = \mu N$ formülüyle hesaplanır, burada $\mu$ sürtünme katsayısı ve $N$ normal kuvvettir. Yatay düzlemde normal kuvvet cismin ağırlığına eşittir: $N = mg$.
Bu durumda, maksimum statik sürtünme kuvveti:
$$F_{s,max} = \mu mg$$
Grafikten $F_{s,max} = 10 \text{ N}$ olduğunu biliyoruz:
$$10 = \mu mg \quad (1)$$
- 3. Newton'ın İkinci Yasasını Uygulama:
Cisim harekete geçtiğinde, net kuvvet $F_{net} = F_{uygulanan} - F_s$ şeklindedir. Newton'ın İkinci Yasası'na göre $F_{net} = ma$.
$$F_{uygulanan} - \mu mg = ma$$
Grafiğin hareketli kısmından bir nokta alalım: $F_{uygulanan} = 20 \text{ N}$ iken $a = 5 \text{ m/s}^2$. Bu değerleri denkleme yerine koyalım:
$$20 - \mu mg = m(5) \quad (2)$$
- 4. Kütleyi (m) Hesaplama:
(1) numaralı denklemden $\mu mg = 10$ olduğunu biliyoruz. Bu ifadeyi (2) numaralı denkleme yerine koyalım:
$$20 - 10 = 5m$$
$$10 = 5m$$
$$m = 2 \text{ kg}$$
- 5. Sürtünme Katsayısını ($\mu$) Hesaplama:
Şimdi cismin kütlesini ($m = 2 \text{ kg}$) ve yerçekimi ivmesini ($g = 10 \text{ m/s}^2$) (1) numaralı denkleme yerine koyarak sürtünme katsayısını bulabiliriz:
$$10 = \mu mg$$
$$10 = \mu (2 \text{ kg}) (10 \text{ m/s}^2)$$
$$10 = 20\mu$$
$$\mu = \frac{10}{20}$$
$$\mu = \frac{1}{2}$$
Cevap C seçeneğidir.