Sorunun Çözümü
Soruyu adım adım çözelim:
- Başlangıç Durumu: P, R ve S metal çubukları 20°C sıcaklıkta ve her birinin boyu 20 cm'dir.
- Isıtma Deneyi: Çubuklar özdeş ısıtıcılarda eşit süre ısıtıldığında son boyları arasındaki ilişki $S > R > P$ şeklinde olmuştur.
- Genleşme Katsayısı Yorumu: Metal çubukların boyca genleşme miktarı $\Delta L = L_0 \alpha \Delta T$ formülü ile bulunur. Burada $L_0$ (başlangıç boyu) ve ısıtma süresi eşit olduğundan, sıcaklık artışları ve dolayısıyla genleşme miktarları, malzemelerin boyca genleşme katsayıları ($\alpha$) ile doğru orantılıdır. S çubuğu en çok genleştiğine göre, genleşme katsayısı en büyük, P çubuğu en az genleştiğine göre genleşme katsayısı en küçüktür. Bu durumda genleşme katsayıları arasındaki ilişki: $\alpha_S > \alpha_R > \alpha_P$ şeklindedir.
- Soğutma Durumu: Çubuklar 20°C'den 0°C'ye getirildiğinde soğuyacak ve boyları kısalacaktır (büzülme). Büzülme miktarı da genleşme katsayısı ile doğru orantılıdır. Yani, genleşme katsayısı büyük olan çubuk daha çok büzülecek, genleşme katsayısı küçük olan çubuk daha az büzülecektir.
- Büzülme Miktarı:
- S çubuğu en büyük genleşme katsayısına sahip olduğundan, 20°C'den 0°C'ye soğutulduğunda en çok büzülecektir. Dolayısıyla 0°C'deki boyu en kısa olacaktır.
- P çubuğu en küçük genleşme katsayısına sahip olduğundan, 20°C'den 0°C'ye soğutulduğunda en az büzülecektir. Dolayısıyla 0°C'deki boyu en uzun olacaktır.
- R çubuğunun büzülmesi ise P ve S çubuklarının arasında olacaktır.
- 0°C'deki Boy Sıralaması: Bu durumda, 0°C'deki son boyları arasındaki ilişki $P > R > S$ şeklinde olmalıdır. Ayrıca, tüm çubuklar 20 cm'den daha kısa olmalıdır çünkü soğumuşlardır.
- Seçeneklerin İncelenmesi:
- A) P=15 cm, R=16 cm, S=18 cm. Sıralama: S > R > P. (Yanlış)
- B) P=17 cm, R=19 cm, S=15 cm. Sıralama: R > P > S. (Yanlış)
- C) P=18 cm, R=17 cm, S=16 cm. Sıralama: P > R > S. (Doğru)
- D) P=23 cm, R=22 cm, S=21 cm. Tüm boylar 20 cm'den büyük, yani genleşmişlerdir. (Yanlış)
Cevap C seçeneğidir.