11. sınıf fizik limit hız konu anlatımı konu anlatımı

Question

Hocam, limit hız konusunu tam olarak anlayamıyorum. Özellikle bir cismin neden belli bir hıza ulaştıktan sonra hızlanmayı bıraktığını ve bu hızı nasıl hesaplayacağımızı karıştırıyorum. Sürtünme kuvvetiyle ilişkisini de tam olarak oturtamadım.

Answer 1

🚀 Limit Hız Nedir?

Limit hız, bir cismin bir akışkan (hava, su vb.) içinde hareket ederken ulaşabileceği en yüksek hızdır. Bu hıza ulaşıldığında, cisme etkiyen direnç kuvveti ile yer çekimi kuvveti (veya uygulanan diğer kuvvetler) birbirini dengeler ve cisim sabit hızla hareket etmeye başlar.

💨 Limit Hızı Etkileyen Faktörler

• 🍎 Cismin Şekli: Cismin aerodinamik yapısı, hava direncini doğrudan etkiler. Daha aerodinamik cisimler daha az dirençle karşılaşır ve daha yüksek limit hıza ulaşabilirler.
• 🍎 Cismin Boyutu: Cismin yüzey alanı arttıkça, hava direnci de artar. Bu nedenle, daha büyük cisimlerin limit hızı daha düşük olabilir.
• 🍎 Cismin Ağırlığı: Cismin ağırlığı arttıkça, yer çekimi kuvveti de artar. Daha ağır cisimlerin, direnç kuvvetini dengelemek için daha yüksek bir hıza ulaşması gerekir, bu da daha yüksek bir limit hıza yol açar.
• 🍎 Akışkanın Yoğunluğu: Akışkanın yoğunluğu (örneğin havanın yoğunluğu) arttıkça, direnç kuvveti de artar. Yoğunluğu daha yüksek olan bir akışkan içinde hareket eden bir cismin limit hızı daha düşük olacaktır.

🧮 Limit Hız Nasıl Hesaplanır?

Limit hızı hesaplamak için, cisme etkiyen kuvvetleri dengelememiz gerekir. Temel olarak, yer çekimi kuvveti (F_g) ile direnç kuvveti (F_d) eşitlendiğinde limit hıza ulaşılır.

F_g = F_d

Yer çekimi kuvveti, F_g = m * g (m: kütle, g: yer çekimi ivmesi)

Direnç kuvveti ise, F_d = 1/2 * C * ρ * A * v² (C: direnç katsayısı, ρ: akışkan yoğunluğu, A: kesit alanı, v: hız)

Bu iki denklemi eşitleyerek limit hızı (v) bulabiliriz:

m * g = 1/2 * C * ρ * A * v²

v = √(2 * m * g / (C * ρ * A))

📝 Örnek Soru ve Çözümü

Soru: 0.5 kg kütleye sahip, yüzey alanı 0.1 m² olan ve direnç katsayısı 0.4 olan bir cisim havanın içinde düşüyor. Havanın yoğunluğu 1.2 kg/m³ olduğuna göre, cismin limit hızı nedir? (g = 9.8 m/s²)

Çözüm:

v = √(2 * m * g / (C * ρ * A))

v = √(2 * 0.5 kg * 9.8 m/s² / (0.4 * 1.2 kg/m³ * 0.1 m²))

v = √(9.8 / 0.048)

v ≈ √(204.17)

v ≈ 14.29 m/s

Cismin limit hızı yaklaşık olarak 14.29 m/s'dir.

💡 Günlük Hayattan Örnekler

• 🪂 Paraşütle Atlama: Paraşüt açılmadan önce serbest düşüşte ulaşılan hız limit hızdır. Paraşüt açıldığında yüzey alanı arttığı için limit hız azalır ve güvenli bir iniş sağlanır.
• 🌧️ Yağmur Damlaları: Yağmur damlaları da düşerken hava direnciyle karşılaşır ve bir limit hıza ulaşır. Aksi takdirde, çok daha hızlı düşerler ve yeryüzüne çarptıklarında büyük hasara yol açabilirlerdi.
• 🚗 Araba Tasarımı: Otomobil üreticileri, araçların aerodinamik yapısını optimize ederek hava direncini azaltmaya ve dolayısıyla yakıt verimliliğini artırmaya çalışırlar. Bu, limit hızı kavramının mühendislikteki pratik bir uygulamasıdır.