Fizik 1: Mekanik: hızlı tekrar paketi

Formül kâğıtları, her konunun temel yöntem adımları ve 16 alıştırma sorusu; tam çözümler en sonda.

Yeni sorularDerse dön

Yazdırma penceresinde, bir kopyayı cihazınızda saklamak için “PDF olarak kaydet” seçeneğini seçin.

1Formüller ve yöntemler

Kinematik

Hız
v = v0 + a·t
Yer değiştirme
s = v0·t + ½·a·t²
Zaman olmadan
v² = v0² + 2·a·s
Birimler
1 m/s = 3,6 km/h

Yöntem

  1. Bildiklerinizi birimleriyle listeleyin: v₀, v, a, t ve s.
  2. Üç bilineninizi ve bilinmeyeni içeren denklemi seçin.
  3. Bir pozitif yön seçin ve zıt yöndeki büyüklüklere eksi işareti verin.
  4. Çözün ve cevabın fiziksel olarak anlamlı olduğunu kontrol edin.

Newton yasaları

İkinci yasa
ΣF = m·a
Ağırlık
W = m·g
Kinetik sürtünme
Ff = μ·N
Eğik düzlemde
eğim boyunca: m·g·sin θ, dik: m·g·cos θ

Yöntem

  1. Cisme etkiyen her kuvvetle bir serbest cisim diyagramı çizin.
  2. Hareket boyunca bir pozitif yön seçin.
  3. Kuvvetleri harekete paralel ve dik bileşenlere ayırın (eğimde: boyunca m·g·sin θ, yüzeye doğru m·g·cos θ).
  4. Hareket boyunca ΣF = m·a uygulayın; sürtünme harekete karşı μ·N’dir.

Eğik atış

Bileşenler
vx = v0cos θ, vy = v0sin θ
Konum
x = vxt, y = h + vyt − ½gt²
Maksimum yükseklik
H = h + vy²/(2g)
Menzil (düz zemin)
R = v0²·sin 2θ/g

Yöntem

  1. Atış hızını bileşenlerine ayırın: vx = v₀·cos θ ve vy = v₀·sin θ.
  2. Yatay hareket sabit hızlıdır; düşey hareketin ivmesi −g’dir.
  3. Uçuş süresini düşey hareketten bulun.
  4. 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

  1. Bir pozitif yön seçin ve her hıza işaretini verin.
  2. Önceki toplam momentumu yazın: Σm·v.
  3. Tamamen esnek olmayan çarpışmada cisimler sonra birlikte hareket eder; esnek çarpışmada kinetik enerji de korunur.
  4. 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

Dalgalar, ses ve optik

Dalga sürati
v = fλ, T = 1/f
İp
v = √(T/μ), μ = m/L
Ses düzeyi
β = 10·log10(I/I0), I0 = 10⁻¹² W/m²
Noktasal kaynak
I = P/(4πr²)
Duran dalgalar
ip ya da iki ucu açık boru fn = n·v/(2L); bir ucu kapalı boru fn = n·v/(4L), n tek
Doppler etkisi
f′ = f·(v ± vo)/(v ∓ vs)
Kırılma indisi
n = c/v, λ = λ0/n
Snell yasası
n1sin θ1 = n2sin θ2
Kritik açı
sin θc = n2/n1
Optik lif
NA = sin θa = √(n1² − n2²)
Mercekler ve aynalar
1/f = 1/do + 1/di, m = −di/do, mirror f = R/2
Çift yarık
d·sin θ = mλ, ym = mλL/d
Kırınım ağı
d = 1/N, d·sin θ = mλ, mmax ≤ d/λ
Tek yarık
a·sin θ = mλ (dark), w = 2λL/a

Yöntem

  1. Problemin türünü belirleyin: dalga sürati, ses düzeyi, duran dalga, Doppler, kırılma, mercek ya da ayna veya girişim.
  2. Önce bağıntıyı yazın: v = fλ, β = 10·log(I/I₀), fₙ = n·v/(2L) veya n·v/(4L), f′ = f(v ± vo)/(v ∓ vs), n₁sin θ₁ = n₂sin θ₂, 1/f = 1/d₀ + 1/dᵢ, d·sin θ = mλ.
  3. Birimleri çevirin: nm, mm ve cm’yi m’ye; ve açıların normalden ölçülüp ölçülmediğini denetleyin.
  4. İşaretleri ve makullüğü denetleyin: sanal görüntünün dᵢ < 0’dır, yaklaşan kaynak daha tiz duyulur, kapalı borunun yalnızca tek harmonikleri vardır.

2Alıştırma soruları

1.KinematikOrta
t (s)v (m/s)1,5 s16,67

60 km/h hızla giden bir sürücü bir engel görüyor. Tepki süresi 1,5 s’dir; ardından otomobil 5 m/s² sabit yavaşlamayla fren yapıyor. Engeli gördüğü andan itibaren toplam durma mesafesi d değerini bulun.

v₀ = 60 km/htr = 1,5 sa = −5 m/s²
d = m
2.KinematikZor
v₀ = 10 m/s15 m

Bir top, yerden 15 m yükseklikteki bir çatının kenarından 10 m/s hızla düşey olarak yukarı atılıyor. Hava direncini ihmal edin ve g = 9,81 m/s² alın. Top atıldıktan ne kadar süre sonra yere çarpar? t değerini bulun.

v₀ = 10 m/sh₀ = 15 mg = 9,81 m/s²
t = s
3.Newton yasalarıOrta
kutuv₀ = 12 m/sμ = ?

Bir kutu düz bir zeminde 12 m/s ilk hızla kayıyor ve 37 m sonra duruyor. g = 9,81 m/s² alın. Kinetik sürtünme katsayısı μ değerini bulun.

v₀ = 12 m/sd = 37 mg = 9,81 m/s²
μ =
4.Newton yasalarıZor
m1​ = 5 kg2 kgμ = 0,25

Yatay bir masa üzerindeki 5 kg’lık bir blok, sürtünmesiz bir makaradan geçen hafif bir iple asılı 2 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 = 5 kgm2 = 2 kgμ = 0,25g = 9,81 m/s²
T = N
5.Eğik atışOrta
v0​ = 18 m/s60°x = ?

Bir top düz zeminden yatayın 60° üzerinden fırlatılıyor. Hava direncini ihmal edin. Top yere çarpmadan önce aldığı yatay mesafe x değerini bulun.

v0 = 18 m/sθ = 60°g = 9,81 m/s²
x = m
6.Eğik atışZor
h = 25 mv0​ = 33 m/s40°menzil

Bir top 25 m yüksekliğindeki bir uçurumun tepesinden yatayın 40° üzerinden fırlatılıyor. Hava direncini ihmal edin. Top yere çarpana kadar geçen uçuş süresi t değerini bulun.

v0 = 33 m/sθ = 40°h = 25 mg = 9,81 m/s²
t = s
7.Dairesel hareketOrta
r = 115 mvmax​ = ?

Bir otomobil 115 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 = 115 mμs = 0,3g = 9,81 m/s²
vmax = m/s
8.Dairesel hareketZor
r = 1,2 m9,5 m/svtop​ = ?

1,2 m uzunluğundaki hafif bir ipe bağlı 0,5 kg’lık bir top düşey bir çemberde döndürülüyor. En alt noktada hızı 9,5 m/s’dir. Hava direncini ihmal edin ve g = 9,81 m/s² alın. En üst noktada ipteki gerilme Ttop değerini bulun.

m = 0,5 kgr = 1,2 mvbottom = 9,5 m/sg = 9,81 m/s²
Ttop = N
9.İş ve enerjiOrta
40°d = 6 mμ = 0,3

2 kg kütleli bir blok, yatayla 40° açı yapan bir eğimde 6 m kayıyor; kinetik sürtünme katsayısı 0,3. Sürtünmeye karşı yapılan iş Wf değerini bulun.

m = 2 kgθ = 40°μ = 0,3d = 6 mg = 9,81 m/s²
Wf = J
10.İş ve enerjiZor
h = 1,5 mL = 1,5 mμ = 0,1k = 2500 N/m

4 kg kütleli bir blok, sürtünmesiz bir rampada 1,5 m yükseklikten durgun halde bırakılıyor. Altta 1,5 m uzunluğunda pürüzlü yatay bir şeridi (μ = 0,1) geçiyor ve sonra sürtünmesiz bir yüzeyde bir yaya (k = 2500 N/m) çarpıyor. Yayın en büyük sıkışması x değerini bulun.

m = 4 kgh = 1,5 mL = 1,5 mμ = 0,1k = 2500 N/mg = 9,81 m/s²
x = cm
11.Momentum ve çarpışmalarOrta
1 kgv = ?20 gh = 16 cm

20 g’lık bir mermi, hafif iplerle asılı 1 kg’lık bir tahta bloğa yatay olarak ateşleniyor ve içinde kalıyor. Blok, başlangıçtakinden 16 cm daha yükseğe salınıyor. g = 9,81 m/s² alın. Mermi çarpmadan önceki hızı v değerini bulun.

m = 20 gM = 1 kgh = 16 cmg = 9,81 m/s²
v = m/s
12.Momentum ve çarpışmalarZor
20 m/s17 m/s

0,25 kg’lık bir top bir duvara 20 m/s hızla çarpıyor ve 17 m/s hızla tam geri sekiyor. Temas 5 ms sürüyor. Duvarın topa verdiği itmenin büyüklüğü J değerini bulun.

m = 0,25 kgvin = 20 m/svout = 17 m/sΔt = 5 ms
J = N·s
13.Yaylar ve sarkaçlarOrta
L = ?

Periyodu 0,9 s olması için basit bir sarkaç ne uzunlukta olmalıdır? g = 9,81 m/s² alın. L değerini bulun.

T = 0,9 sg = 9,81 m/s²
L = m
14.Yaylar ve sarkaçlarZor
2,9 kgk = 450 N/mA = 13 cm

k = 450 N/m olan bir yaya bağlı 2,9 kg’lık bir kütle denge konumundan 13 cm çekilip serbest bırakılıyor. En büyük hızı vmax değerini bulun.

m = 2,9 kgk = 450 N/mA = 13 cm
vmax = m/s
15.Dalgalar, ses ve optikOrta
65 dB?10 m80 m

Küçük bir kaynak sesi her yöne eşit olarak yayar. Ondan 10 m uzaklıkta düzey 65 dB’dir. Soğurma ve yansımaları yok sayarak 80 m uzaklıktaki düzeyi, β2, bulun.

β1 = 65 dBr1 = 10 mr2 = 80 m
β2 = dB
16.Dalgalar, ses ve optikZor
θn1​ = 1,46n2​ = 1,36n0​ = 1,00

Bir optik lifin çekirdeği n₁ = 1,46, kılıfı n₂ = 1,36’dir. Sayısal açıklığını, NA, bulun.

n1 = 1,46n2 = 1,36
NA =

3Çözeltiler

1.Kinematik

Cevap: d = 52,78 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.

Birimler

v₀ = 60/3,6 = 16,67 m/s

Tepki mesafesi

d1 = v₀·tr = 16,67·1,5 = 25 m

Fren mesafesi

d2 = v₀²/(2a) = 16,67²/(2·5) = 27,78 m

Toplam

d = 25 + 27,78 = 52,78 m

Cevap

d = 52,78 m
2.Kinematik

Cevap: t = 3,044 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.

Hareket denklemi

Yukarı pozitiftir ve yer, başlangıç noktasının h₀ altındadır.

−15 = 10·t − ½·9,81·t²
4,905·t² − 10·t − 15 = 0

İkinci derece denklemi çözün

Yalnızca pozitif kök fiziksel olarak anlamlıdır.

t = (10 + √(10² + 2·9,81·15))/9,81 = 3,044 s

Cevap

t = 3,044 s
3.Newton yasaları

Cevap: μ = 0,1984

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) = 12²/(2·37) = 1,946 m/s²

Sürtünme katsayısı

μ·m·g = m·a → μ = a/g = 1,946/9,81 = 0,1984

Cevap

μ = 0,1984
4.Newton yasaları

Cevap: T = 17,52 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.

Sistemin ivmesi

a = (m2·g − μ·m1·g)/(m1 + m2) = (19,62 − 12,26)/7 = 1,051 m/s²

Masadaki bloktan gerilme kuvveti

T − μ·m1·g = m1·a
T = 5·1,051 + 12,26 = 17,52 N

Cevap

T = 17,52 N
5.Eğik atış

Cevap: x = 28,6 m

Eğik atış: hava direnci yokken x = vxt ve y = h + vyt − ½gt². İki yön, aynı süreyi paylaşmaları dışında birbirinden bağımsızdır.

Atış hızını bileşenlerine ayırın

Yatay hız sabittir; düşey hareketin aşağı doğru sabit ivmesi g = 9,81 m/s² değerindedir.

vx = v0·cos θ = 18·cos 60° = 9 m/s
vy = v0·sin θ = 18·sin 60° = 15,59 m/s

Havada kalma süresi

Aynı yükseklikten atılıp aynı yüksekliğe düşerse: t = 2vy/g.

t = 2·15,59/9,81 = 3,178 s

Yatay mesafe

x = vx·t = 9·3,178 = 28,6 m

Cevap

x = 28,6 m
6.Eğik atış

Cevap: t = 5,288 s

Eğik atış: hava direnci yokken x = vxt ve y = h + vyt − ½gt². İki yön, aynı süreyi paylaşmaları dışında birbirinden bağımsızdır.

Atış hızını bileşenlerine ayırın

Yatay hız sabittir; düşey hareketin aşağı doğru sabit ivmesi g = 9,81 m/s² değerindedir.

vx = v0·cos θ = 33·cos 40° = 25,28 m/s
vy = v0·sin θ = 33·sin 40° = 21,21 m/s

Havada kalma süresi

y(t) = h + vy·t − ½gt² = 0 denklemini pozitif kök için çözün.

0 = 25 + 21,21·t − 4,905·t²
t = (vy + √(vy² + 2gh))/g = (21,21 + √(449,9 + 490,5))/9,81 = 5,288 s

Cevap

t = 5,288 s
7.Dairesel hareket

Cevap: vmax = 18,4 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) = √(0,3·9,81·115) = 18,4 m/s

Cevap

vmax = 18,4 m/s (66,23 km/h)
8.Dairesel hareket

Cevap: Ttop = 13,08 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.

Tepedeki hız

2r yükseklik boyunca kinetik enerji potansiyel enerjiye dönüşür.

vtop² = 9,5² − 4·9,81·1,2 = 43,16 m²/s²

Tepedeki kuvvetler

İp gerilmesi ve yerçekimi ikisi de aşağı, merkeze doğrudur.

T + m·g = m·vtop²/r
T = 0,5·43,16/1,2 − 0,5·9,81 = 13,08 N

Cevap

Ttop = 13,08 N
9.İş ve enerji

Cevap: Wf = 27,05 J

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).

Sürtünme kuvveti

N = mg·cos θ = 19,62·0,766 = 15,03 N
F = μN = 0,3·15,03 = 4,509 N

Sürtünmeye karşı iş

Wf = F·d = 4,509·6 = 27,05 J

Cevap

Wf = 27,05 J
10.İş ve enerji

Cevap: x = 20,59 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 = 39,24·(1,5 − 0,1·1,5) = 52,97 J

En büyük sıkışma

½kx² = 52,97 → x = √(2·52,97/2500) = 0,2059 m = 20,59 cm

Cevap

x = 20,59 cm
11.Momentum ve çarpışmalar

Cevap: v = 90,36 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.

Çarpmadan sonra salınım

V = √(2·g·h) = √(2·9,81·0,16) = 1,772 m/s

Çarpışma

m·v = (m + M)·V → v = (0,02 + 1)·1,772/0,02 = 90,36 m/s

Cevap

v = 90,36 m/s
12.Momentum ve çarpışmalar

Cevap: J = 9,25 N·s

Momentumun korunumu: bir çarpışma sırasında dış kuvvet etkimiyorsa, önceki toplam momentum Σm·v sonrakine eşittir. Hızların yönü vardır; bu yüzden bir pozitif yön seçin ve ters yöndeki hızlara eksi işareti verin. Esnek çarpışmada kinetik enerji de korunur; tamamen esnek olmayan çarpışmada cisimler birbirine yapışır.

Momentumdaki değişim

J = m·Δv = 0,25·(17 + 20) = 9,25 N·s

Cevap

J = 9,25 N·s
13.Yaylar ve sarkaçlar

Cevap: L = 0,2013 m

Basit harmonik hareket: k sertlikli bir yaya bağlı m kütlesi ω = √(k/m) açısal frekansı ve T = 2π/ω = 2π·√(m/k) periyoduyla salınır. L uzunluğundaki basit sarkaç için T = 2π·√(L/g). A genliğiyle en büyük hız A·ω, en büyük ivme A·ω² ve enerji ½·k·A²’dir.

Uzunluk için çözün

L = g·(T/2π)² = 9,81·(0,9/2π)² = 0,2013 m

Cevap

L = 0,2013 m
14.Yaylar ve sarkaçlar

Cevap: vmax = 1,619 m/s

Basit harmonik hareket: k sertlikli bir yaya bağlı m kütlesi ω = √(k/m) açısal frekansı ve T = 2π/ω = 2π·√(m/k) periyoduyla salınır. L uzunluğundaki basit sarkaç için T = 2π·√(L/g). A genliğiyle en büyük hız A·ω, en büyük ivme A·ω² ve enerji ½·k·A²’dir.

Açısal frekans

ω = √(450/2,9) = 12,46 rad/s

En büyük hız

vmax = A·ω = 0,13·12,46 = 1,619 m/s

Cevap

vmax = 1,619 m/s
15.Dalgalar, ses ve optik

Cevap: β2 = 46,94 dB

Dalgalar: periyodik bir dalga bir periyotta bir dalga boyu ilerler; dolayısıyla v = fλ ve T = 1/f. Gerilmiş bir iplikte v = √(T/μ); burada T gerilme kuvveti, μ = m/L ise metre başına kütledir. Havada ses 20 °C’de yaklaşık 343 m/s ile, boşlukta ışık c = 3,00 × 10⁸ m/s ile yayılır. Ses yüksekliği logaritmik bir ölçekte ölçülür: β = 10·log₁₀(I/I₀) dB, I₀ = 10⁻¹² W/m²; yani şiddetin 10 katı 10 dB ekler. Noktasal bir kaynak gücünü, P, bir küre üzerine yayar: I = P/(4πr²).

Şiddet oranı

I₂/I₁ = (10/80)² = 0,01563

Yeni düzey

β₂ = 65 + 10·log₁₀(0,01563) = 46,94 dB

Cevap

β2 = 46,94 dB

Uzaklığın her ikiye katlanması düzeyi yaklaşık 6 dB düşürür.

16.Dalgalar, ses ve optik

Cevap: NA = 0,531

Geometrik optik: bir sınırda n₁·sin θ₁ = n₂·sin θ₂ (Snell yasası); açılar normalden ölçülür ve n = c/v. Daha yavaş bir ortama geçerken ışın normale doğru kırılır. Daha yoğun bir ortamdan (n₁ > n₂) kritik açının θc = arcsin(n₂/n₁) ötesinde ışığın tamamı yansır: toplam iç yansıma. İnce mercekler ve küresel aynalar 1/f = 1/do + 1/di denklemine uyar; büyütme m = −di/do’dır. İşaret kuralı: yakınsak mercek ve çukur ayna için f > 0 (f = R/2), ıraksak mercek ve tümsek ayna için f < 0; gerçek görüntü için di > 0, sanal görüntü için di < 0 ve ters görüntü için m < 0.

Kılıftaki kritik açı

sin θc = 1,36/1,46 = 0,9315 → θc = 68,67°

Sayısal açıklık

NA = √(1,46² − 1,36²) = 0,531

Cevap

NA = 0,531

ExamProblems · examproblems.com/courses/physics-1-mechanics