Sevgili öğrenciler, 11. sınıf fizik dersinin birinci döneminde doğada karşılaştığımız hareketleri, kuvvetlerin cisimler üzerindeki etkilerini ve elektriksel olayların temel özelliklerini bilimsel bir bakış açısıyla değerlendireceğiz. Hazırlanan 100 soruluk çalışma, güncel MEB öğretim programında birinci dönem için belirlenen öğrenme çıktılarını kapsayacak şekilde düzenlenmiştir.
Bu çalışmada yalnızca fiziksel kavramları hatırlamanız beklenmemektedir. Verilen bilgileri yorumlamanız, farklı durumlar arasında bağlantı kurmanız, hareketin nasıl gerçekleştiğini açıklamanız ve ulaştığınız sonuçları fizik ilkeleriyle desteklemeniz gerekecektir. Bu nedenle soruları çözerken ezberlediğiniz bilgilerden çok, kavramlar arasındaki ilişkileri kullanmaya özen göstermelisiniz.
Serbest Düşme Hareketi
Birinci dönem çalışmalarımıza serbest düşme hareketiyle başlıyoruz. Bu konuda yer çekiminin cisimlerin hareketi üzerindeki etkisini ve hava direncinin ihmal edildiği ortamlarda düşme hareketinin nasıl gerçekleştiğini inceleyeceğiz.
Serbest düşen bir cismin hızının zamanla nasıl değiştiğini, cismin belirli bir sürede aldığı yolu ve düşme yüksekliği ile hareket süresi arasındaki ilişkiyi doğru yorumlamanız beklenmektedir. Ayrıca serbest düşme ivmesinin cismin kütlesine bağlı olmadığını kavramanız gerekir.
Sorularda farklı kütlelere sahip cisimlerin aynı ortamda gerçekleştirdiği hareketler karşılaştırılabilir. Burada önemli olan, cisimlerin kütlelerine bakarak doğrudan sonuca ulaşmak yerine hareket koşullarını bütünüyle değerlendirmektir. Başlangıç hızları, bırakıldıkları yükseklikler ve ortamın özellikleri birlikte ele alınmalıdır.
Grafik ve deney verilerinin bulunduğu sorularda ölçüm sonuçlarını analiz etmeniz, değişkenler arasındaki ilişkiyi belirlemeniz ve elde edilen verilerin yer çekimi ivmesiyle nasıl bağlantılı olduğunu açıklamanız istenebilir. Bu bölümde bilimsel kanıtları kullanarak çıkarım yapabilmek büyük önem taşımaktadır.
İki Boyutta Sabit İvmeli Hareket
Bu bölümde yatay ve düşey doğrultudaki hareketleri birlikte değerlendireceğiz. Bir cisim iki boyutta hareket ederken yatay ve düşey hareket bileşenlerinin birbirinden bağımsız biçimde incelenebileceğini öğrenmeniz gerekmektedir.
Yatay doğrultuda hareketin hangi koşullarda sabit hızla devam ettiğini, düşey doğrultuda ise yer çekiminin hareketi nasıl değiştirdiğini bilmelisiniz. Cismin havada kalma süresi, ulaşabileceği en yüksek nokta, yatayda aldığı yol ve yere ulaşırken sahip olduğu hareket özellikleri bu bölümün temel çalışma alanlarını oluşturmaktadır.
İki boyutlu hareket sorularında şekilleri dikkatle incelemeli ve verilen büyüklüklerin hangi hareket doğrultusuna ait olduğunu doğru belirlemelisiniz. Yatay ve düşey bilgilerin birbirine karıştırılması, bu konudaki en yaygın hatalardan biridir.
Hareketin en yüksek noktasında cismin bütün hareketinin sona ermediğini kavramanız özellikle önemlidir. Hareketin yalnızca belirli bir bileşeninde anlık değişim yaşanırken diğer bileşen devam edebilir. Bu ayrımı doğru yapmanız, yorum sorularında başarılı olmanızı sağlayacaktır.
Newton’un Hareket Yasaları
Newton’un hareket yasaları, kuvvet ve hareket arasındaki ilişkinin temelini oluşturur. Bu bölümde bir cismin hareket durumunu değiştiren etkenleri, net kuvvetin önemini ve kütlenin hareket üzerindeki rolünü inceleyeceğiz.
Bir cisme etki eden bütün kuvvetlerin birlikte değerlendirilmesi gerektiğini bilmelisiniz. Cismin hareket yönü ile net kuvvetin yönü her zaman aynı olmayabilir. Bu nedenle yalnızca cismin hangi yöne gittiğine bakarak kuvvetin yönü hakkında karar vermemelisiniz.
Dengelenmiş kuvvetlerin etkisindeki bir cismin durabileceğini veya sabit hızla hareket edebileceğini kavramanız gerekir. Bir cismin hareket ediyor olması, üzerinde mutlaka hareket yönünde net kuvvet bulunduğu anlamına gelmez.
Etki ve tepki kuvvetlerini değerlendirirken bu kuvvetlerin farklı cisimlere etki ettiğini unutmamalısınız. Etki ve tepki kuvvetleri eşit büyüklükte ve zıt yönlü olmasına rağmen aynı cisim üzerinde bulunmadıkları için birbirlerini dengelemezler.
Bu bölümde günlük yaşam durumlarından yararlanılarak eylemsizlik, kuvvet, kütle ve ivme arasındaki ilişkileri yorumlamanız istenebilir. Soruların çözümünde olayın tamamını incelemeli ve hangi hareket yasasının geçerli olduğunu belirlemelisiniz.
Serbest Cisim Diyagramları
Serbest cisim diyagramları, bir cisme etki eden kuvvetleri düzenli ve anlaşılır biçimde göstermemizi sağlar. Bu konuda başarılı olabilmeniz için öncelikle inceleyeceğiniz cismi doğru seçmeniz ve yalnızca o cisme etki eden kuvvetleri belirlemeniz gerekir.
Ağırlık, normal kuvveti, ip gerilmesi ve sürtünme kuvveti gibi temel kuvvetlerin yönlerini bilmelisiniz. Her kuvvetin oluşma nedeni farklıdır. Bu nedenle bir kuvveti yalnızca şeklin görünüşüne göre değil, cisimler arasındaki etkileşime göre değerlendirmelisiniz.
Yatay yüzeylerde, eğik düzlemlerde, asansörlerde ve iple bağlı sistemlerde kuvvetlerin yönleri değişiklik gösterebilir. Normal kuvvetin her durumda ağırlığa eşit olmadığını özellikle kavramalısınız. Cismin bulunduğu yüzeyin eğimi, uygulanan dış kuvvetler ve hareketin ivmeli olup olmaması normal kuvvetin büyüklüğünü etkileyebilir.
Serbest cisim diyagramlarında hareket yönünü ayrı bir kuvvet gibi göstermemelisiniz. Hız ve kuvvet birbirinden farklı fiziksel büyüklüklerdir. Diyagramda yalnızca cisim üzerinde gerçek bir etkileşim sonucunda oluşan kuvvetler bulunmalıdır.
Statik ve Kinetik Sürtünme
Sürtünme kuvveti, temas hâlindeki yüzeyler arasında oluşan ve göreli hareketi ya da hareket eğilimini engelleyen bir kuvvettir. Bu bölümde statik sürtünme ile kinetik sürtünme arasındaki farkları ayrıntılı biçimde ele alacağız.
Statik sürtünme, cisim henüz kaymaya başlamadan önce etkili olur. Bu kuvvetin büyüklüğü her zaman sabit değildir. Cismi hareket ettirmeye çalışan kuvvete göre değişebilir ve belirli bir sınır değere kadar denge sağlayabilir.
Kinetik sürtünme ise cisim yüzey üzerinde kaymaya başladıktan sonra ortaya çıkar. Statik ve kinetik sürtünme katsayılarının birbirinden farklı olabileceğini ve bunun cismin harekete başlama sürecini etkilediğini bilmelisiniz.
Sürtünme kuvvetinin yönünü belirlerken cismin yalnızca mevcut hareket yönüne bakmak yeterli olmayabilir. Özellikle statik sürtünmede, cisim sürtünme olmasaydı hangi yönde hareket etme eğilimi gösterecekse sürtünme kuvveti bu eğilimin ters yönünde oluşur.
Yüzeylerin özellikleri, normal kuvveti ve cisme uygulanan dış kuvvetler sürtünme kuvvetinin değerlendirilmesinde birlikte ele alınmalıdır. Cisme yukarı veya aşağı yönlü bileşeni bulunan bir kuvvet uygulandığında normal kuvvet değişebileceği için sürtünme kuvveti de değişebilir.
Limit Hız
Hava içinde düşen cisimler yalnızca yer çekimi kuvvetinin etkisinde kalmaz. Hareket sırasında cismin hızına, biçimine ve yüzey alanına bağlı olarak hava direnci de oluşur.
Cisim düşmeye başladığında hızı arttıkça hava direnci güçlenir. Hava direncinin büyümesi, cismin aşağı yönlü ivmesinin azalmasına neden olur. Belirli bir aşamada hava direnci ile cismin ağırlığı dengelendiğinde net kuvvet ortadan kalkar ve cisim sabit hızla düşmeye devam eder. Bu hız limit hız olarak adlandırılır.
Limit hızın cismin kütlesinden, biçiminden, yüzey alanından ve ortamın özelliklerinden etkilendiğini bilmelisiniz. Aynı ortamda hareket eden cisimlerin limit hızları yalnızca kütlelerine bakılarak karşılaştırılamaz. Cisimlerin aerodinamik yapıları ve hava ile temas eden yüzeyleri de dikkate alınmalıdır.
Paraşüt sistemlerinin çalışma mantığını değerlendirirken yüzey alanındaki değişimin hava direncini ve düşme hızını nasıl etkilediğini açıklayabilmelisiniz. Bu konu, fizik bilgilerinin günlük yaşam ve güvenlik uygulamalarıyla ilişkilendirilmesini sağlayan önemli bir bölümdür.
Düzgün Çembersel Hareket
Düzgün çembersel hareket yapan bir cismin sürati sabit olsa da hızının yönü sürekli değişir. Hız vektöründeki bu değişim, cismin ivmeli hareket yaptığını gösterir.
Çembersel harekette hızın yörüngeye teğet, merkezcil ivmenin ise çemberin merkezine yönelik olduğunu bilmelisiniz. Hız ve merkezcil ivme vektörlerinin yönleri arasındaki ilişki, bu bölümdeki şekil ve yorum sorularının temelini oluşturur.
Yörüngenin yarıçapı, cismin sürati, dönme süresi ve hareket sıklığı arasındaki ilişkileri anlamanız gerekir. Bu büyüklüklerden biri değiştiğinde diğer büyüklüklerin ve merkezcil kuvvetin nasıl etkileneceğini yorumlayabilmelisiniz.
Çembersel hareketi sürdüren kuvvet ortadan kalktığında cismin merkeze veya doğrudan dışarıya doğru gitmeyeceğini kavramalısınız. Cisim, kuvvetin ortadan kalktığı anda sahip olduğu hareket doğrultusunu koruma eğilimi gösterir.
Dönen platformlar, araçların viraj hareketleri ve yörüngede hareket eden cisimler bu konu kapsamında fiziksel ilkelerle değerlendirilebilir. Ancak her durumda merkezcil kuvvetin ayrı ve yeni bir kuvvet olmadığını, merkeze yönelen net kuvveti ifade ettiğini unutmamalısınız.
Elektriksel Kuvvet
Elektrik ve manyetizma ünitesine elektriksel kuvvet konusuyla başlayacağız. Elektrik yüklerinin birbirleri üzerinde oluşturduğu çekme ve itme etkilerini inceleyeceğiz.
Aynı işaretli yüklerin birbirini ittiğini, zıt işaretli yüklerin ise birbirini çektiğini bilmelisiniz. Yüklerin büyüklükleri ve aralarındaki uzaklık, elektriksel kuvvetin büyüklüğünü belirleyen temel değişkenlerdir.
Yükler arasındaki uzaklık değiştiğinde elektriksel kuvvetin aynı oranda değişmediğini kavramanız gerekir. Uzaklığın etkisi değerlendirilirken matematiksel ilişkinin yapısı doğru yorumlanmalıdır.
Elektriksel kuvvetlerin de etki ve tepki ilkelerine uygun olduğunu bilmelisiniz. Yüklerin büyüklükleri farklı olsa bile birbirlerine uyguladıkları kuvvetler eşit büyüklükte ve zıt yönlüdür.
Birden fazla yükün bulunduğu sistemlerde her yükün oluşturduğu kuvvet ayrı ayrı değerlendirilmelidir. Daha sonra bu kuvvetlerin yönleri dikkate alınarak bileşke kuvvet belirlenmelidir. Simetrik yerleşimlerin bulunduğu sorularda kuvvetlerin birbirini dengeleyebileceğini göz önünde bulundurmalısınız.
Elektrik Alan
Elektrik alan, elektrik yüklerinin çevrelerinde oluşturduğu etki bölgesini açıklayan temel bir kavramdır. Bir noktadaki elektrik alanın yönü, o noktaya yerleştirilen pozitif bir deneme yüküne etki edecek kuvvetin yönü olarak kabul edilir.
Pozitif kaynak yüklerin oluşturduğu elektrik alanın yükten dışarıya, negatif kaynak yüklerin oluşturduğu alanın ise yüke doğru yöneldiğini bilmelisiniz. Alanın yönünü belirlerken kaynak yük ile deneme yükünün görevlerini birbirine karıştırmamalısınız.
Elektrik alanın büyüklüğü kaynak yükün büyüklüğüne ve incelenen noktanın yüke olan uzaklığına bağlıdır. Deneme yükünün büyüklüğünün değiştirilmesi, kaynak yükün oluşturduğu elektrik alanı değiştirmez.
Birden fazla yükün bulunduğu durumlarda her yükün oluşturduğu elektrik alan ayrı ayrı incelenir. Alanlar vektörel büyüklükler olduğu için yönleri dikkate alınarak birleştirilir. Simetrik sistemlerde bazı noktalarda bileşke elektrik alan sıfır olabilir.
Elektriksel kuvvet ile elektrik alan arasındaki ilişkiyi doğru kurmanız gerekir. Elektrik alan ortamın bir özelliğini, elektriksel kuvvet ise bu alana yerleştirilen yük üzerindeki etkiyi ifade eder.
Faraday Kafesi
Faraday kafesi, iletken bir yapının iç bölgesini dış elektrik alanların etkisinden korumasına dayanan bir sistemdir. İletken üzerindeki serbest yükler dış etkiye göre yeniden dağılarak iç bölgede koruyucu bir alan oluşturur.
Metal gövdeli araçların, hassas ölçüm odalarının ve bazı elektronik cihazların korunmasında Faraday kafesi ilkesinden yararlanılır. Bu uygulamaları değerlendirirken korumanın temel nedeninin iletken yüzeydeki yük dağılımı olduğunu bilmelisiniz.
Faraday kafesinin işlevini açıklarken kullanılan malzemenin iletkenliği, yapının çevreleyici özelliği ve gerektiğinde topraklama bağlantısı birlikte değerlendirilmelidir. Yalıtkan malzemelerin aynı koruma mekanizmasını oluşturmayacağını kavramanız gerekir.
Mıknatıslar ve Manyetik Alan
Birinci dönemin son bölümünde mıknatısların birbirleriyle olan etkileşimlerini ve çevrelerinde oluşturdukları manyetik alanı inceleyeceğiz.
Mıknatısların kuzey ve güney olmak üzere iki kutba sahip olduğunu, aynı adlı kutupların birbirini ittiğini ve zıt adlı kutupların birbirini çektiğini bilmelisiniz. Bir mıknatıs parçalandığında tek başına kuzey veya güney kutbu elde edilemeyeceğini de kavramanız gerekir. Her parça yeniden iki kutuplu bir mıknatıs özelliği gösterir.
Manyetik alan çizgileri alanın yönü ve şiddeti hakkında bilgi verir. Çizgilerin sık olduğu bölgelerde manyetik alan daha güçlüdür. Alan çizgilerinin birbirini kesmemesi, herhangi bir noktadaki manyetik alanın yalnızca tek bir yöne sahip olmasıyla açıklanır.
Pusula iğnesinin bulunduğu noktadaki manyetik alan doğrultusuna göre yönlendiğini bilmelisiniz. Bir mıknatısın çevresindeki alanın deneysel olarak incelenmesinde farklı noktalardaki pusula yönlerinden yararlanılabilir.
Manyetik alan çizgilerini yalnızca çizilmiş şekiller olarak görmemelisiniz. Bu çizimler, alanın uzaydaki yönünü ve bölgeler arasındaki şiddet farklılıklarını anlamamıza yardımcı olan bilimsel modellerdir.
Soruları Çözerken Dikkat Edilmesi Gerekenler
Sevgili öğrenciler, fizik sorularını çözerken öncelikle verilen olayı anlamaya çalışmalısınız. Sayısal işlemlere başlamadan önce hangi cisim veya sistemin incelendiğini, hareketin hangi doğrultuda gerçekleştiğini ve cisme hangi kuvvetlerin etki ettiğini belirlemelisiniz.
Soru metninde verilen her bilginin çözümde kullanılmasının zorunlu olmadığını unutmayın. Bazı bilgiler, fiziksel durumu doğru yorumlayıp yorumlamadığınızı ölçmek amacıyla verilebilir. Bu nedenle bilgileri önem sırasına göre değerlendirmelisiniz.
Grafik, tablo ve şekil içeren sorularda yalnızca sayısal değerlere odaklanmayın. Eksenlerin neyi gösterdiğini, yönlerin nasıl tanımlandığını ve değişkenler arasındaki ilişkinin nasıl geliştiğini inceleyin.
Kuvvet sorularında etki eden bütün kuvvetleri belirlemeden sonuca ulaşmaya çalışmayın. Hareket sorularında ise hız, sürat, ivme, alınan yol ve yer değiştirme kavramlarını birbirinden ayırın.
Bir soruda yanlış sonuca ulaştığınızda yalnızca doğru seçeneği öğrenmekle yetinmeyin. Çözüm açıklamasını inceleyerek hatanızın bilgi eksikliğinden mi, yorumlama probleminden mi yoksa işlem yanlışından mı kaynaklandığını belirleyin. Yanlışın nedenini anlamak, aynı hatayı tekrar yapmanızı engelleyecektir.
Hazırlanan çalışma, fizik bilgisini ezber düzeyinden çıkararak analiz, yorumlama ve problem çözme becerisine dönüştürmeyi amaçlamaktadır. Konuları düzenli biçimde tekrar edip çözümleri dikkatle incelediğinizde birinci dönem fizik kazanımlarını daha sağlam temeller üzerinde öğrenebilir ve farklı soru biçimlerine karşı daha hazırlıklı olabilirsiniz.
