Çembersel bir tümseğin tam tepesinden v süratiyle geçmekte olan bir arabanın içindekilerin görünür ve gerçek ağırlıklarını karşılaştırınız.

Question

<span itemprop="name">Çembersel bir tümseğin tam tepesinden v süratiyle geçmekte olan bir arabanın içindekilerin görünür ve gerçek ağırlıklarını karşılaştırınız.</span>

Answer 1

Soruyu daha iyi anlamak için bazı kavramları hatırlayalım:

• Gerçek Ağırlık: Bir cismin Dünya tarafından çekilme kuvvetidir. Yani, kütle ile yer çekimi ivmesinin çarpımıdır.
• Görünür Ağırlık: Bir cismin bir basamağa uyguladığı veya bir basamak tarafından hissedilen kuvvettir. Bu kuvvet, gerçek ağırlıktan farklı olabilir, özellikle de cisim ivmeleniyorsa.
• Merkezcil Kuvvet: Dairesel hareket yapan bir cismi dairenin merkezine doğru çeken kuvvettir.

Çembersel Tümsekteki Durum:

Bir araba çembersel bir tümseğin tepesinden geçerken, aşağıdaki durumlar söz konusu olur:

• Aşağı Doğru Kuvvetler:

  • Ağırlık (mg): Dünya'nın araca uyguladığı çekim kuvveti.

• Yukarı Doğru Kuvvet:

  • Normal Kuvvet (N): Yolun araca uyguladığı, aracın yola batmasını engelleyen kuvvet.

• Merkezcil Kuvvet: Araba dairesel hareket yaptığı için, bir merkezcil kuvvete ihtiyaç duyar. Bu kuvvet, ağırlık ve normal kuvvetlerin bileşkesi tarafından sağlanır.

Görünür Ağırlık ve Gerçek Ağırlığın Karşılaştırılması:

• Tümseğin Tepesinde:
  • Araba tümseğin tepesindeyken, merkezcil kuvvet aşağı doğru yönlenmiştir (çünkü dairesel hareketin merkezi yukarıdadır). Bu durumda, normal kuvvet, ağırlıktan daha küçük olmalıdır. Yani, görünür ağırlık (normal kuvvet), gerçek ağırlıktan daha azdır.
  • Neden? Araba tepe noktasında biraz "hafifler", hatta yüksek hızlarda koltukta havada asılı kalma hissi bile yaratabilir. Bu durum, normal kuvvetin azalmasından kaynaklanır.

Özetle:

• Gerçek Ağırlık: Her zaman sabittir ve Dünya'nın cisme uyguladığı çekim kuvvetine eşittir.
• Görünür Ağırlık: Cismin bulunduğu duruma göre değişebilir. Çembersel hareketlerde, özellikle tepe noktalarında, merkezcil kuvvet nedeniyle görünür ağırlık gerçek ağırlıktan farklı olabilir.

Çembersel Çukurda Durum:

• Çukurda: Tam tersi bir durum yaşanır. Çukurda, normal kuvvet, ağırlıktan daha büyüktür. Çünkü hem ağırlığı karşılamak hem de merkezcil kuvveti sağlamak için daha büyük bir kuvvet gereklidir. Bu durumda, görünür ağırlık, gerçek ağırlıktan daha fazladır.

Sonuç:

Bir arabanın çembersel bir yolda hareketi sırasında, normal kuvvet ve dolayısıyla görünür ağırlık, yolun eğimine ve arabanın hızına göre değişir. Tümseğin tepesinde görünür ağırlık azalırken, çukurda artar.

Örnekler:

• Roller Coaster: Roller coaster'larda tepe noktalarında hissedilen hafifleme ve çukur noktalarında hissedilen ağırlık artışı bu prensibe örnektir.
• Asansör: Asansörün yukarı çıkarken veya aşağı inerken hissedilen ağırlıktaki değişim de benzer bir prensibe dayanır.

Ek Bilgiler:

• Ağırlıksızlık: Eğer normal kuvvet sıfıra eşit olursa, cisim ağırlıksızmış gibi hisseder. Örneğin, uzayda serbest düşme halindeki bir astronot ağırlıksızdır.
• G-Kuvveti: Pilotların yüksek hızlarda dönüşlerde maruz kaldığı yüksek g-kuvveti, normal kuvvetin çok büyük olmasından kaynaklanır.