Sorunun Çözümü
Verilen makara sistemi sürtünmesiz ve makara ağırlıkları önemsizdir. Sistem dengede olduğuna göre, K ve L cisimlerinin ağırlıkları \(P_K\) ve \(P_L\) arasındaki ilişkiyi bulmak için ip gerilimlerini adım adım takip edelim:
- Adım 1: K cisminin bağlı olduğu ipin gerilimi.
K cismi bir ipin ucuna bağlıdır ve sistem dengededir. Bu nedenle, K cismini tutan ipteki gerilim K cisminin ağırlığına eşittir. \[T_1 = P_K\] - Adım 2: Üstteki küçük hareketli makaranın analizi.
K cismine bağlı olan ip, en soldaki sabit makaradan geçtikten sonra, L cismini taşıyan sistemin üstündeki küçük hareketli makaranın sol kolu olarak devam eder. Aynı ip, bu küçük hareketli makaranın sağ kolundan geçerek tavana sabitlenir. Bu durumda, bu küçük hareketli makarayı yukarı çeken her iki ip kolunun gerilimi de \(P_K\)'dır. Makara dengede olduğundan, onu aşağı çeken kuvvet, yukarı çeken kuvvetlerin toplamına eşit olmalıdır. \[T_{orta} = P_K + P_K = 2P_K\] Bu \(T_{orta}\) gerilimi, L cismini taşıyan büyük hareketli makarayı yukarı çeken ipin gerilimidir. - Adım 3: Alttaki büyük hareketli makaranın analizi.
L cismi, alttaki büyük hareketli makara tarafından taşınmaktadır. Bu makarayı yukarı çeken iki ip kolu vardır. Bu ip kolları, bir önceki adımda gerilimini \(T_{orta} = 2P_K\) olarak bulduğumuz ipin devamıdır. Yani, alttaki büyük hareketli makarayı yukarı çeken her iki ip kolunun gerilimi de \(2P_K\)'dır. Makara dengede olduğundan, L cisminin ağırlığı \(P_L\), bu ip gerilimlerinin toplamına eşit olmalıdır. \[P_L = T_{orta} + T_{orta} = 2P_K + 2P_K = 4P_K\]
Buna göre, K ve L cisimlerinin ağırlıkları arasındaki ilişki \(P_L = 4P_K\)'dir.
Cevap C seçeneğidir.