Yatay hareket sabit hızlıdır; düşey hareketin ivmesi −g’dir.
Uçuş süresini düşey hareketten bulun.
Menzili bulmak için bu süreyi yatay harekette kullanın.
Dairesel hareket
Merkezcil ivme
a = v²/r = ω²·r
Merkezcil kuvvet
F = m·v²/r
Açısal hız
ω = v/r = 2π/T
Düz viraj, sürtünme
vmax = √(μ·g·r)
İş ve enerji
Kinetik enerji
Ek = ½mv²
Potansiyel enerji
Ep = mgh
Enerji denkliği
Ek1 + Ep1 + W = Ek2 + Ep2 + losses
Sürtünme işi
W = μ·N·d
Güç
P = W/t
Momentum ve çarpışmalar
Momentum
p = m·v
Korunum
Σm·v (before) = Σm·v (after)
Tamamen esnek olmayan
v′ = (m1v1 + m2v2)/(m1 + m2)
İtme
J = F·Δt = m·Δv
Yöntem
Bir pozitif yön seçin ve her hıza işaretini verin.
Önceki toplam momentumu yazın: Σm·v.
Tamamen esnek olmayan çarpışmada cisimler sonra birlikte hareket eder; esnek çarpışmada kinetik enerji de korunur.
Önceki momentumu sonraki momentuma eşitleyin ve çözün.
Yaylar ve sarkaçlar
Yaydaki kütle
T = 2π·√(m/k)
Sarkaç
T = 2π·√(L/g)
Açısal frekans
ω = √(k/m) = 2π/T
En büyük hız ve ivme
vmax = A·ω, amax = A·ω²
Enerji
E = ½·k·A²
2Alıştırma soruları
1.KinematikOrta
54 km/h hızla giden bir otomobil, durana kadar 8 m/s² sabit yavaşlamayla fren yapıyor. Frenleme ne kadar sürer? t değerini bulun.
v₀ = 54 km/ha = −8 m/s²v = 0
t = s
2.KinematikZor
Bir taş bir kuyuya durgun hâlden bırakılıyor. Suya çarpma sesi taş bırakıldıktan 2,7 s sonra duyuluyor. Ses hızı 343 m/s’dir; hava direncini ihmal edin ve g = 9,81 m/s² alın. Kuyunun derinliği d değerini bulun.
ttotal = 2,7 svsound = 343 m/sg = 9,81 m/s²
d = m
3.Newton yasalarıOrta
Bir kutu düz bir zeminde 7,5 m/s ilk hızla kayıyor ve 14 m sonra duruyor. g = 9,81 m/s² alın. Kinetik sürtünme katsayısı μ değerini bulun.
v₀ = 7,5 m/sd = 14 mg = 9,81 m/s²
μ =
4.Newton yasalarıZor
Yatay bir masa üzerindeki 4,5 kg’lık bir blok, sürtünmesiz bir makaradan geçen hafif bir iple asılı 5,5 kg’lık bir kütleye bağlıdır. Blok ile masa arasındaki kinetik sürtünme katsayısı 0,25. g = 9,81 m/s² alın. İpteki gerilme kuvveti T değerini bulun.
m1 = 4,5 kgm2 = 5,5 kgμ = 0,25g = 9,81 m/s²
T = N
5.Eğik atışOrta
Bir top düz zeminden 10 m/s hızla ve yatayın 65° üstünde, 5 m uzaktaki bir duvara doğru vuruluyor. Hava direncini ihmal edin ve g = 9,81 m/s² alın. Top duvarın üzerinden hangi yükseklikte y geçer?
v₀ = 10 m/sθ = 65°x = 5 mg = 9,81 m/s²
y = m
6.Eğik atışZor
Bir top 35 m’lik bir uçurumun tepesinden 16 m/s hızla ve yatayın 35° üstünde atılıyor. Hava direncini ihmal edin ve g = 9,81 m/s² alın. Uçurumun dibindeki zeminden en büyük yükseklik H değerini bulun.
v₀ = 16 m/sθ = 35°h = 35 mg = 9,81 m/s²
H = m
7.Dairesel hareketOrta
Bir otomobil 55 m yarıçaplı düz bir virajı dönüyor. Lastiklerle yol arasındaki statik sürtünme katsayısı 0,3. g = 9,81 m/s² alın. Otomobilin kaymadan virajı dönebileceği en yüksek hız vmax değerini bulun.
r = 55 mμs = 0,3g = 9,81 m/s²
vmax = m/s
8.Dairesel hareketZor
1 kg’lık bir araba sürtünmesiz bir pistte 20 m yükseklikten durgun hâlden bırakılıyor ve 5 m yarıçaplı düşey bir çemberden geçiyor. g = 9,81 m/s² alın. Çemberin dibinde pistin arabaya uyguladığı normal kuvvet Nbottom değerini bulun.
m = 1 kgh = 20 mR = 5 mg = 9,81 m/s²
Nbottom = N
9.İş ve enerjiOrta
Kütlesi 1000 kg olan bir otomobil 2° eğimli bir yokuşu sabit 90 km/h hızla çıkıyor. Hava direnci ve yuvarlanma direnci toplamı 550 N’dir. Tekerleklerin vermesi gereken güç P değerini kW cinsinden bulun.
1 kg kütleli bir blok, sürtünmesiz bir rampada 3 m yükseklikten durgun halde bırakılıyor. Altta 4 m uzunluğunda pürüzlü yatay bir şeridi (μ = 0,3) geçiyor ve sonra sürtünmesiz bir yüzeyde bir yaya (k = 4000 N/m) çarpıyor. Yayın en büyük sıkışması x değerini bulun.
m = 1 kgh = 3 mL = 4 mμ = 0,3k = 4000 N/mg = 9,81 m/s²
x = cm
11.Momentum ve çarpışmalarOrta
23 m/s hızla giden 1500 kg’lık bir otomobil, duran 900 kg’lık bir otomobile çarpıyor ve ikisi birbirine kenetleniyor. Çarpışmada ne kadar kinetik enerji ΔK kaybolur?
m1 = 1500 kgv1 = 23 m/sm2 = 900 kgv2 = 0
ΔK = J
12.Momentum ve çarpışmalarZor
800 kg’lık bir otomobil park hâlindeki 1900 kg’lık bir otomobile çarpıyor. Enkazlar birbirine kenetleniyor ve durmadan önce 10 m kayıyor. Lastikler ile yol arasındaki kinetik sürtünme katsayısı 0,75. g = 9,81 m/s² alın. Birinci otomobilin çarpışmadan hemen önceki hızı v1 değerini bulun.
k = 440 N/m olan bir yaydaki 0,5 kg’lık kütle sürtünmesiz bir yüzeyde 16 cm genlikle salınıyor. Dengeden 5 cm uzaktayken hızı v değerini bulun.
m = 0,5 kgk = 440 N/mA = 16 cmx = 5 cm
v = m/s
14.Yaylar ve sarkaçlarZor
k = 80 N/m olan bir yaydaki kütle sürtünmesiz bir yüzeyde 12 cm genlikle salınıyor. Dengeden 6 cm uzaktayken kinetik enerjisi K değerini bulun.
k = 80 N/mA = 12 cmx = 6 cm
K = J
3Çözeltiler
1.Kinematik
Cevap: t = 1,875 s
Sabit ivmeli hareket: v = v₀ + a·t, s = v₀·t + ½·a·t² ve v² = v₀² + 2·a·s. Bildiğiniz üç büyüklüğü ve aradığınız büyüklüğü içeren denklemi seçin ve işaretleri tek bir pozitif yöne göre tutarlı tutun.
Birimler
v₀ = 54/3,6 = 15 m/s
Frenleme süresi
0 = v₀ − a·t → t = v₀/a = 15/8 = 1,875 s
Cevap
t = 1,875 s
2.Kinematik
Cevap: d = 33,24 m
Motion with constant acceleration: v = v₀ + a·t, s = v₀·t + ½·a·t² and v² = v₀² + 2·a·s. Pick the equation that contains the three things you know and the one you want, and keep the signs consistent with one positive direction.
Sürenin iki kısmı
½·9,81·t₁² = 343·(2,7 − t₁)
4,905·t₁² + 343·t₁ − 926,1 = 0
Düşme süresi
Yalnızca pozitif kök fiziksel olarak anlamlıdır.
t₁ = (−343 + √(343² + 4·4,905·926,1))/(2·4,905) = 2,603 s
Derinlik
d = ½·9,81·2,603² = 33,24 m
Cevap
d = 33,24 m
3.Newton yasaları
Cevap: μ = 0,2048
Newton’s second law: the net force on a body equals its mass times its acceleration, ΣF = m·a. Draw a free-body diagram, choose a positive direction along the motion, and add every force in that direction: applied forces, friction μ·N against the motion, and the components of gravity.
Yavaşlama
a = v₀²/(2d) = 7,5²/(2·14) = 2,009 m/s²
Sürtünme katsayısı
μ·m·g = m·a → μ = a/g = 2,009/9,81 = 0,2048
Cevap
μ = 0,2048
4.Newton yasaları
Cevap: T = 30,35 N
Newton’un ikinci yasası: bir cisme etkiyen net kuvvet, kütlesi ile ivmesinin çarpımına eşittir: ΣF = m·a. Bir serbest cisim diyagramı çizin, hareket doğrultusunda bir pozitif yön seçin ve o doğrultudaki tüm kuvvetleri toplayın: uygulanan kuvvetler, harekete karşı koyan μ·N sürtünmesi ve yer çekiminin bileşenleri.
Projectile motion: with no air resistance, x = vxt and y = h + vyt − ½gt². The two directions are independent except that they share the same time.
Duvara kadar süre
vx = 10·cos 65° = 4,226 m/s
t = x/vx = 5/4,226 = 1,183 s
O andaki yükseklik
y = 9,063·1,183 − ½·9,81·1,183² = 3,857 m
Cevap
y = 3,857 m
Top duvarda zaten aşağı inmektedir.
6.Eğik atış
Cevap: H = 39,29 m
Projectile motion: with no air resistance, x = vxt and y = h + vyt − ½gt². The two directions are independent except that they share the same time.
Düşey atış hızı
vy = 16·sin 35° = 9,177 m/s
Uçurumun üstündeki yükselme
Δh = vy²/(2g) = 9,177²/(2·9,81) = 4,293 m
Yerden yükseklik
H = 35 + 4,293 = 39,29 m
Cevap
H = 39,29 m
7.Dairesel hareket
Cevap: vmax = 12,72 m/s
Düzgün dairesel hareket: r yarıçaplı bir çember üzerinde v hızıyla hareket eden bir cisim merkeze doğru a = v²/r ivmesiyle ivmelenir; bu yüzden içe doğru F = m·v²/r net kuvvetine ihtiyaç duyar. Bu kuvveti gerçek bir etki sağlar: sürtünme, ip gerilmesi, yer çekimi ya da normal kuvvet.
Merkezcil kuvveti sürtünme sağlar
m·v²/r = μ·m·g
v = √(μ·g·r) = √(0,3·9,81·55) = 12,72 m/s
Cevap
vmax = 12,72 m/s (45,8 km/h)
8.Dairesel hareket
Cevap: Nbottom = 88,29 N
Uniform circular motion: an object moving at speed v on a circle of radius r accelerates towards the centre with a = v²/r, so it needs a net inward force F = m·v²/r. That force is supplied by something real: friction, tension, gravity or a normal force.
Enerjinin korunumundan hız
v² = 2·9,81·20 = 392,4 m²/s²
Kuvvetler
Merkeze doğru pozitiftir.
N = m·v²/R + m·g = 1·392,4/5 + 9,81 = 88,29 N
Cevap
Nbottom = 88,29 N
9.İş ve enerji
Cevap: P = 22,31 kW
İş–enerji ilkesi: kinetik enerjideki değişim tüm kuvvetlerin işine eşittir. Yer çekimi ve yayları potansiyel enerji (mgh ve ½kx²) olarak yazmak bunu bir denkliğe çevirir: ilk enerji = son enerji + sürtünmeyle kaybedilen enerji (μN·d). Güç, kuvvet çarpı hızdır: P = F·v.
İtici kuvvet
m·g = 1000·9,81 = 9810 N
mg·sin θ = 9810·sin 2° = 342,4 N
F = 342,4 + 550 = 892,4 N
Güç
v = 90/3,6 = 25 m/s
P = F·v = 892,4·25 = 22309 W = 22,31 kW
Cevap
P = 22,31 kW
10.İş ve enerji
Cevap: x = 9,396 cm
İş–enerji ilkesi: kinetik enerjideki değişim tüm kuvvetlerin işine eşittir. Yer çekimi ve yayları potansiyel enerji (mgh ve ½kx²) olarak yazmak bunu bir denkliğe çevirir: ilk enerji = son enerji + sürtünmeyle kaybedilen enerji (μN·d).
Pürüzlü şeritten sonra kalan enerji
Rampa sürtünmesizdir, bu yüzden enerjiyi yalnızca şerit alır.
mgh − μmgL = 9,81·(3 − 0,3·4) = 17,66 J
En büyük sıkışma
½kx² = 17,66 → x = √(2·17,66/4000) = 0,09396 m = 9,396 cm
Cevap
x = 9,396 cm
11.Momentum ve çarpışmalar
Cevap: ΔK = 148781 J
Conservation of momentum: when no external force acts during a collision, the total momentum Σm·v before equals the total after. Velocities have a direction, so pick a positive direction and give velocities the other way a minus sign. In an elastic collision kinetic energy is conserved too; in a perfectly inelastic one the bodies stick together.
Ortak hız
v′ = m1·v1/(m1 + m2) = 1500·23/2400 = 14,38 m/s
Önceki ve sonraki kinetik enerji
Kbefore = ½·1500·23² = 396750 J
Kafter = ½·2400·14,38² = 247969 J
Kaybolan enerji
ΔK = 396750 − 247969 = 148781 J
Cevap
ΔK = 148781 J
Kaybolan enerji şekil değiştirmeye, ısıya ve sese gider.
12.Momentum ve çarpışmalar
Cevap: v1 = 40,94 m/s
Conservation of momentum: when no external force acts during a collision, the total momentum Σm·v before equals the total after. Velocities have a direction, so pick a positive direction and give velocities the other way a minus sign. In an elastic collision kinetic energy is conserved too; in a perfectly inelastic one the bodies stick together.
Simple harmonic motion: a mass m on a spring of stiffness k oscillates with angular frequency ω = √(k/m) and period T = 2π/ω = 2π·√(m/k). A simple pendulum of length L has T = 2π·√(L/g). With amplitude A, the largest speed is A·ω, the largest acceleration A·ω² and the energy ½·k·A².
Açısal frekans
ω = √(440/0,5) = 29,66 rad/s
x’teki hız
v = ω·√(A² − x²) = 29,66·√(0,16² − 0,05²) = 4,509 m/s
Cevap
v = 4,509 m/s
14.Yaylar ve sarkaçlar
Cevap: K = 0,432 J
Simple harmonic motion: a mass m on a spring of stiffness k oscillates with angular frequency ω = √(k/m) and period T = 2π/ω = 2π·√(m/k). A simple pendulum of length L has T = 2π·√(L/g). With amplitude A, the largest speed is A·ω, the largest acceleration A·ω² and the energy ½·k·A².