11. Sınıf Fizik Yazılısına Hazırlık: Kuvvet ve Hareket, Elektrik ve Manyetizma, Optik

Sevgili öğrenciler size harika 50 adet soru hazırladık konu çalışmadan sonra lütfen soruları çözmeyi deneyiniz.

Sevgili öğrenciler, bu çalışmada 11. sınıf fizik dersinin temel konularını birlikte tekrar edeceğiz. Fizikte başarılı olabilmek için formülleri ezberlemek tek başına yeterli değildir. Öncelikle olayın nasıl gerçekleştiğini anlamalı, ardından verilenleri doğru yorumlayarak uygun fizik modelini seçmelisiniz.

Hazırlanan sorular; Kuvvet ve Hareket, Elektrik ve Manyetizma ve Optik ünitelerini kapsamaktadır. Şimdi bu konuların temel noktalarını öğretmen anlatımıyla inceleyelim.

1. Kuvvet ve Hareket

Serbest Düşme Hareketi

Bir cisim yalnızca yer çekimi kuvvetinin etkisi altında hareket ediyorsa bu harekete serbest düşme hareketi adı verilir. Hava direncinin ihmal edildiği durumlarda bütün cisimler, kütlelerinden bağımsız olarak aynı yer çekimi ivmesiyle hareket eder.

Dünya yüzeyine yakın yerlerde yer çekimi ivmesi genellikle: g=10 m/s2

olarak alınır.

Bir cisim durgun hâlde serbest bırakılırsa: v=gt h=21​gt2

bağıntıları kullanılabilir.

Burada dikkat etmeniz gereken nokta, ağır cisimlerin hafif cisimlerden daha hızlı düşmediğidir. Hava direnci yoksa farklı kütlelerdeki cisimler aynı yükseklikten bırakıldıklarında yere aynı anda ulaşır.

Düşey Doğrultuda Hareket

Bir cisim yukarı doğru ilk hızla gönderildiğinde yer çekimi ivmesi hareket yönüne ters etki eder. Bu nedenle cismin hızı yükselirken azalır. En yüksek noktada cismin düşey hızı anlık olarak sıfır olur ancak ivmesi sıfır olmaz.

Yukarı yönü pozitif kabul ettiğimizde: v=v0​−gt Δy=v0​t−21​gt2

bağıntılarından yararlanırız.

Cisim en yüksek noktaya ulaştıktan sonra tekrar aşağı doğru hızlanmaya başlar. Çıkış ve iniş seviyeleri aynıysa, hava direnci olmadığında cismin çıkış ve dönüş hızlarının büyüklükleri birbirine eşittir.

İki Boyutta Sabit İvmeli Hareket

Bir cisim hem yatay hem de düşey doğrultuda hareket ediyorsa hareketi iki ayrı bileşen hâlinde incelemeliyiz.

Yatay doğrultuda herhangi bir kuvvet bulunmadığında yatay hız sabit kalır: x=vx​t

Düşey doğrultuda ise yer çekimi etkisi vardır: y=v0y​t−21​gt2

Bir cisim belirli bir açıyla fırlatılmışsa ilk hızını yatay ve düşey bileşenlerine ayırırız: v0x​=v0​cosθ v0y​=v0​sinθ

Soruları çözerken yatay ve düşey hareketlerin birbirinden bağımsız olarak incelendiğini unutmamalısınız. Ancak her iki hareket için geçen süre aynıdır.

Newton’un Hareket Yasaları

Newton’un birinci yasasına göre bir cisme etki eden net kuvvet sıfırsa cisim duruyorsa durmaya, hareket ediyorsa sabit hızla doğrusal hareket etmeye devam eder.

Newton’un ikinci yasası: Fnet​=ma

şeklindedir. Cismin ivmesinin yönü, net kuvvetin yönüyle aynıdır.

Newton’un üçüncü yasasına göre ise her etkiye karşı eşit büyüklükte ve zıt yönlü bir tepki kuvveti vardır. Etki ve tepki kuvvetleri farklı cisimlere etki ettiği için birbirlerini dengelemez.

Serbest Cisim Diyagramı

Bir fizik sorusunda yapabileceğiniz en önemli işlemlerden biri serbest cisim diyagramı çizmektir. Cisme etki eden bütün kuvvetleri belirleyerek doğru yönlerde göstermelisiniz.

Başlıca kuvvetler şunlardır:

• Ağırlık kuvveti aşağı yönlüdür.
• Normal kuvvet yüzeye dik olarak etki eder.
• Sürtünme kuvveti hareketin veya hareket eğiliminin ters yönündedir.
• İp gerilmesi ipin uzanış doğrultusundadır.
• Uygulanan kuvvet, soruda belirtilen yöndedir.

Serbest cisim diyagramı çizmeden doğrudan formül kullanmak, özellikle eğik düzlem ve çok cisimli sistem sorularında hata yapmanıza neden olabilir.

Sürtünme Kuvveti

Statik sürtünme, cismin hareket etmesini engeller. Büyüklüğü sabit değildir; uygulanan kuvvete göre belirli bir maksimum değere kadar değişebilir. fs,maks​=μs​N

Cisim hareket etmeye başladıktan sonra kinetik sürtünme devreye girer: fk​=μk​N

Statik sürtünme kuvvetinin her zaman maksimum değerde olmadığını özellikle hatırlamalısınız. Örneğin maksimum statik sürtünme 80 N olduğu hâlde cisme 50 N kuvvet uygulanıyorsa sürtünme kuvveti 50 N olur ve cisim hareket etmez.

Limit Hız

Bir cisim akışkan içerisinde hareket ederken üzerine hareket yönüne ters bir direnç kuvveti etki eder. Cismin hızı arttıkça direnç kuvveti de artar.

Direnç kuvveti cismin ağırlığına eşit olduğunda net kuvvet sıfır olur. Cisim bundan sonra sabit hızla hareket eder. Bu hıza limit hız denir.

Limit hız durumunda:

• Cismin hızı sıfır değildir.
• İvmesi sıfırdır.
• Net kuvvet sıfırdır.
• Direnç kuvveti ağırlığa eşittir.

Düzgün Çembersel Hareket

Bir cisim çembersel yörüngede sabit süratle hareket etse bile hızının yönü sürekli değişir. Bu nedenle cismin merkez yönünde bir ivmesi vardır.

Merkezcil ivme: am​=rv2​

Merkezcil kuvvet: Fm​=rmv2​

bağıntılarıyla bulunur.

Merkezcil kuvvet, yeni bir kuvvet türü değildir. İp gerilmesi, sürtünme, yer çekimi veya normal kuvvet gibi mevcut kuvvetlerin merkez yönündeki bileşkesine verilen isimdir.

2. Elektrik ve Manyetizma

Elektriksel Kuvvet

Yüklü cisimler birbirlerine elektriksel kuvvet uygular. Aynı işaretli yükler birbirini iterken zıt işaretli yükler birbirini çeker.

Elektriksel kuvvet:

• Yüklerin büyüklükleri arttıkça artar.
• Yükler arasındaki uzaklık arttıkça azalır.
• Uzaklığın karesiyle ters orantılıdır.

Bu nedenle uzaklık iki katına çıkarıldığında elektriksel kuvvet dörtte birine iner. Sorularda çoğunlukla sayısal hesaplama yerine bu değişkenler arasındaki ilişkiyi yorumlamanız beklenir.

Elektrik Alan

Elektrik alan, yüklü bir cismin çevresinde başka yüklere kuvvet uygulayabildiği bölgeyi ifade eder.

Pozitif yükün elektrik alan çizgileri yükten dışarı doğru, negatif yükün alan çizgileri ise yüke doğru yönelir. Pozitif deneme yüküne etki eden kuvvet elektrik alanla aynı yöndedir.

Elektrik alanın büyüklüğü:

• Kaynak yük arttıkça artar.
• Yüke olan uzaklık arttıkça azalır.
• Uzaklığın karesiyle ters orantılı değişir.

Faraday Kafesi

İletken bir yapının elektrostatik dengede iç bölgesini dış elektrik alanlardan korumasına Faraday kafesi etkisi adı verilir.

Fazla yükler iletkenin dış yüzeyinde dağılır ve iletkenin iç kısmındaki elektrostatik alan yaklaşık olarak sıfır olur. Metal gövdeli araçlar, bazı asansörler ve özel olarak korunan elektronik odalar Faraday kafesi etkisine örnek gösterilebilir.

Mıknatıslar ve Manyetik Alan

Mıknatısların kuzey ve güney olmak üzere iki kutbu vardır. Aynı kutuplar birbirini iter, zıt kutuplar birbirini çeker.

Manyetik alan çizgileri:

• Mıknatıs dışında kuzey kutbundan güney kutbuna yönelir.
• Birbirini kesmez.
• Sık oldukları bölgelerde manyetik alan daha güçlüdür.

Bir mıknatıs parçalara ayrıldığında tek başına kuzey veya güney kutbu elde edilmez. Her parça yine iki kutuplu bir mıknatıs olur.

Akım Geçen Telin Manyetik Alanı

Üzerinden elektrik akımı geçen düz telin çevresinde dairesel manyetik alan oluşur. Alanın yönü sağ el kuralıyla belirlenir.

Sağ elin başparmağı akım yönünü gösterecek şekilde tutulduğunda diğer parmakların dolanma yönü manyetik alanın yönünü gösterir.

Manyetik alanın büyüklüğü:

• Akım arttıkça artar.
• Tele olan uzaklık arttıkça azalır.

Akım Makarası ve Elektromıknatıs

Akım makarasının merkezindeki manyetik alan;

• Akım şiddeti arttıkça,
• Sarım sayısı arttıkça,
• Birim uzunluktaki sarım sayısı arttıkça

güçlenir.

Makaranın içerisine uygun bir demir çekirdek yerleştirilmesi de manyetik alanı artırır. Elektromıknatıslar; elektrik motorlarında, vinçlerde, zillerde, rölelerde ve çeşitli elektronik sistemlerde kullanılabilir.

Manyetik Kuvvet ve Elektrik Motoru

Manyetik alan içerisindeki akım geçen tele manyetik kuvvet etki eder. F=BILsinθ

Tel manyetik alana dik olduğunda kuvvet en büyük, paralel olduğunda ise sıfırdır. Kuvvetin yönü sağ el kuralıyla belirlenebilir.

Elektrik motorlarında bobinin karşılıklı kenarlarına zıt yönlü kuvvetler etki eder. Bu kuvvetler bobini döndüren bir tork meydana getirir. Böylece elektrik enerjisi hareket enerjisine dönüştürülür.

Manyetik Akı ve İndüksiyon

Bir yüzeyden geçen manyetik alan miktarı manyetik akı olarak adlandırılır. Manyetik akı;

• Manyetik alan büyüklüğüne,
• Yüzey alanına,
• Alan ile yüzey arasındaki yönelime

bağlıdır.

Bobinden geçen manyetik akı zamanla değişirse indüksiyon gerilimi oluşur. Sarım sayısı ve birim zamandaki akı değişimi arttıkça indüksiyon gerilimi de artar.

Lenz yasasına göre indüklenen akım, kendisini oluşturan manyetik akı değişimine karşı koyacak yönde manyetik alan üretir.

Alternatif Akım ve Transformatörler

Bir bobinin manyetik alan içerisinde döndürülmesiyle yönü ve büyüklüğü zamanla değişen alternatif gerilim üretilebilir. Bobinin dönme hızı arttıkça oluşan alternatif gerilimin frekansı da artar.

Transformatörler, alternatif gerilimi yükseltmek veya düşürmek için kullanılır. İkincil sarım sayısı birincil sarım sayısından büyükse gerilim yükseltilir. İdeal sistemlerde gerilim artarken akım azalır ve frekans değişmez.

3. Optik

Işık Akısı, Işık Şiddeti ve Aydınlanma

Işık akısı, bir kaynağın toplam ışık yayma miktarını ifade eder. Birimi lümendir.

Işık şiddeti, kaynağın belirli bir yöndeki ışık yayma gücüdür. Birimi kandeladır.

Aydınlanma ise bir yüzeye düşen ışık akısının yüzey alanına oranıyla ilgilidir. Birimi lükstür.

Noktasal ışık kaynaklarında aydınlanma, uzaklığın karesiyle ters orantılıdır. Kaynak ile yüzey arasındaki uzaklık iki katına çıkarılırsa aydınlanma dörtte birine düşer.

Düzlem Aynalar

Düzlem aynada oluşan görüntü:

• Sanaldır.
• Düzdür.
• Cismin boyuna eşittir.
• Aynanın arkasında oluşur.
• Görüntünün aynaya uzaklığı cismin aynaya uzaklığına eşittir.

Cisim aynaya 1 metre yaklaşırsa görüntü de aynaya 1 metre yaklaşır. Böylece cisim ile görüntüsü arasındaki uzaklık 2 metre azalır.

Küresel Aynalar

Çukur aynalar ışığı toplayıcı, tümsek aynalar ise dağıtıcı özelliğe sahiptir.

Çukur aynada görüntünün özellikleri cismin konumuna göre değişir. Cisim odak dışında olduğunda genellikle gerçek ve ters görüntü oluşur. Cisim ayna ile odak arasındaysa görüntü sanal, düz ve büyüktür.

Tümsek aynada gerçek bir cismin görüntüsü her zaman:

• Sanal,
• Düz,
• Küçük

oluşur. Tümsek aynalar geniş görüş alanı sağladığı için araçların yan aynalarında ve güvenlik aynalarında kullanılır.

Işığın Kırılması

Işık bir saydam ortamdan başka bir saydam ortama geçtiğinde sürati değişir. Işığın doğrultusunun değişmesine kırılma denir.

Işık az kırıcı ortamdan çok kırıcı ortama geçtiğinde normale yaklaşır. Çok kırıcı ortamdan az kırıcı ortama geçtiğinde ise normalden uzaklaşır.

Ortam değiştirirken ışığın:

• Frekansı değişmez.
• Sürati değişebilir.
• Dalga boyu değişebilir.

Kırılma indisi büyük olan ortamda ışığın sürati daha küçüktür.

Tam Yansıma

Tam yansımanın gerçekleşebilmesi için ışığın kırılma indisi büyük olan ortamdan kırılma indisi küçük olan ortama geçmesi gerekir. Ayrıca gelme açısı sınır açısından büyük olmalıdır.

Bu koşullar sağlandığında ışık ikinci ortama geçmez ve tamamen ilk ortama yansır.

Görünür Derinlik

Su içerisindeki bir cisme havadan baktığımızda cisim gerçek yerinden daha yakında görünür. Bunun nedeni ışığın sudan havaya geçerken kırılmasıdır.

Ortamın kırılma indisi arttıkça, aynı gerçek derinlikteki cisim daha sığ bir yerdeymiş gibi algılanır. Bu konuda işlemden çok, gerçek derinlik ile görünür derinlik arasındaki ilişkinin yorumlanması önemlidir.

Fiber Optik Kablolar

Fiber optik kabloların çalışma prensibi tam yansımaya dayanır. Kablonun çekirdeğinin kırılma indisi, çevresindeki kılıfın kırılma indisinden büyüktür.

Işık çekirdek-kılıf sınırında art arda tam yansıma yaparak uzun mesafeler boyunca ilerler. Fiber optik sistemler haberleşme, internet altyapısı ve tıbbi görüntüleme gibi alanlarda kullanılır.

Prizmalar

Işık bir prizmaya girerken ve prizmadan çıkarken kırılabilir. Çok renkli ışığın prizmada renklerine ayrılması, farklı dalga boylarının farklı miktarlarda kırılmasından kaynaklanır.

Tek renkli bir ışın ise prizmadan geçtiğinde farklı renklere ayrılmaz. Yalnızca doğrultusu değişebilir veya uygun koşullarda prizma içinde tam yansımaya uğrayabilir.

Mercekler

Mercekler yakınsak ve ıraksak olmak üzere iki gruba ayrılır.

Yakınsak mercek, paralel ışınları odakta toplar. Cisim odak dışında bulunuyorsa gerçek ve ters görüntü oluşturabilir. Cisim odak ile mercek arasındaysa sanal, düz ve büyük görüntü meydana gelir.

Iraksak mercek ise paralel ışınları dağıtır. Gerçek bir cismin görüntüsü her zaman sanal, düz ve küçüktür.

Yazılıya Hazırlanırken Nelere Dikkat Etmelisiniz?

Sevgili öğrenciler, fizik sorularını çözerken şu sırayı takip etmenizi öneriyorum:

1. Soruda verilen fiziksel olayı belirleyin.
2. Verilenleri ve istenenleri ayrı ayrı yazın.
3. Gerekirse serbest cisim, ışın veya hareket diyagramı çizin.
4. Vektörel büyüklüklerde yön seçimi yapın.
5. Birimleri kontrol edin.
6. Formülü ezberden seçmek yerine değişkenler arasındaki ilişkiyi düşünün.
7. Bulduğunuz sonucu fiziksel açıdan yorumlayın.

Unutmayın; fizik, yalnızca sayısal işlem yapılan bir ders değildir. Grafik okuma, deney sonuçlarını değerlendirme, günlük hayat olaylarını açıklama ve değişkenler arasındaki ilişkileri yorumlama da fizik öğrenmenin önemli parçalarıdır.