Sorunun Çözümü
Çekim potansiyel enerjisi \(E_p = mgh = Wh\) formülü ile hesaplanır. Burada \(W\) ağırlık, \(h\) ise yüksekliktir. Soruda K, L ve M cisimlerinin çekim potansiyel enerjilerinin aynı olduğu belirtilmiştir.
Yükseklikler grafikten okunursa: \(h_L > h_K > h_M\).
Verilen bilgiye göre \(E_{pK} = E_{pL} = E_{pM}\) olduğundan, \(W_K h_K = W_L h_L = W_M h_M = E_p\) diyebiliriz.
- 1. Madde: Ağırlığı en fazla olan cisim M cismidir.
Potansiyel enerji sabit olduğuna göre (\(Wh = \text{sabit}\)), yüksekliği en az olan cismin ağırlığı en fazla olmalıdır.
Yükseklikler: \(h_L > h_K > h_M\).
Dolayısıyla ağırlıklar: \(W_M > W_K > W_L\).
Bu durumda ağırlığı en fazla olan cisim M'dir. (Doğru) - 2. Madde: K ve L cisimleri aynı yüksekliğe konulursa, K cisminin çekim potansiyel enerjisi daha fazla olur.
1. maddeden \(W_K > W_L\) olduğunu biliyoruz.
Eğer K ve L cisimleri aynı \(h'\) yüksekliğine konulursa:
\(E_{pK}' = W_K h'\)
\(E_{pL}' = W_L h'\)
\(W_K > W_L\) olduğundan, \(W_K h' > W_L h'\) yani \(E_{pK}' > E_{pL}'\) olur. K cisminin potansiyel enerjisi daha fazla olur. (Doğru) - 3. Madde: L ve M cisimlerinin yerleri kendi aralarında değiştirilirse, M cisminin çekim potansiyel enerjisi daha fazla olur.
Yer değiştirme durumunda M cismi L'nin orijinal yüksekliği olan \(h_L\)'ye, L cismi ise M'nin orijinal yüksekliği olan \(h_M\)'ye konulur.
M'nin yeni potansiyel enerjisi: \(E_{pM}'' = W_M h_L\).
L'nin yeni potansiyel enerjisi: \(E_{pL}'' = W_L h_M\).
Başlangıçta \(W_L h_L = W_M h_M = E_p\) idi. Buradan \(W_L = E_p / h_L\) ve \(W_M = E_p / h_M\) yazabiliriz.
\(E_{pM}'' = (E_p / h_M) \times h_L = E_p (h_L / h_M)\).
\(E_{pL}'' = (E_p / h_L) \times h_M = E_p (h_M / h_L)\).
Grafikten \(h_L > h_M\) olduğunu biliyoruz. Bu durumda \(h_L / h_M > 1\) ve \(h_M / h_L < 1\).
Dolayısıyla \(E_p (h_L / h_M) > E_p (h_M / h_L)\) yani \(E_{pM}'' > E_{pL}''\) olur. M cisminin potansiyel enerjisi daha fazla olur. (Doğru) - Doğru Seçenek D'dır.