Sürtünme Kuvvetinin Yaptığı İş Yeni Nesile Geçiş Test Çöz

Sorular

1. 

   Aşağıdaki görselde, doğrusal bir yolda durmakta olan m kütleli sandığı F kuvvetiyle x yolu boyunca çeken bir işçi gösterilmiştir. Sandık ile zemin arasındaki sürtünme katsayısı k olduğuna göre, sandığın x yolu sonundaki kinetik enerjisini veren en genel matematiksel model aşağıdakilerden hangisidir?

   • A) Ek = F * x
   • B) Ek = (F - k * m * g) * x
   • C) Ek = (F + k * m * g) * x
   • D) Ek = k * m * g * x
   • E) Ek = F * x - m * g

2. Bir vagon, sürtünmeli yatay bir rayda ilerlerken tekerleklerine uygulanan manyetik fren sistemiyle yavaşlatılıyor. Sabit bir sürtünme kuvvetinin yanı sıra hıza bağlı bir direnç kuvvetinin de etkin olduğu bu sistemde yapılan işler hesaplanıyor. Vagona etki eden net sürtünme kuvvetinin yaptığı işin büyüklüğü matematiksel olarak modellendiğinde, kesinlikle hangisine eşit olur?

   • A) Sadece manyetik frenin harcadığı elektrik enerjisine
   • B) Isıya dönüşen toplam enerji miktarına
   • C) Vagonun başlangıçtaki potansiyel enerjisine
   • D) Rayların genleşmesi için gereken minimum ısıya
   • E) Vagonun kütlesi ile yer çekimi ivmesinin çarpımına

3. Kütlesi m olan bir cisim, sürtünme katsayısının konuma (x) bağlı olarak k(x) = c * x (c bir sabit) şeklinde değiştiği yatay bir yolda x = 0 konumundan v ilk hızıyla fırlatılıyor. Bu cismin durana kadar alacağı yol (x) aşağıdakilerden hangisinde doğru modellenmiştir?

   • A) x = v / √(c * g)
   • B) x = v² / (c * g)
   • C) x = √(v / (2 * c * g))
   • D) x = 2 * v / (c * g)
   • E) x = v² / (2 * c * g)

4. Bir fren sistemleri geliştirme laboratuvarında, sürtünme katsayısı her metrede doğrusal olarak artan özel bir test pisti tasarlanmıştır. Bu piste v hızıyla giren bir test aracının kinetik enerjisinin, aldığı yola bağlı değişim grafiği inceleniyor. Bu aracın kinetik enerji-yol grafiğinin eğimi fiziksel olarak bize hangi niceliği verir?

   • A) Aracın anlık ivmesini
   • B) Aracın anlık süratini
   • C) Araca etki eden anlık sürtünme kuvvetini
   • D) Sürtünme kuvvetinin yaptığı toplam işi
   • E) Aracın kaybettiği toplam momentumu

5. Aşağıdaki görselde eğim açısı α olan sürtünmeli eğik düzlemin tepe noktasından serbest bırakılan m kütleli bir blok gösterilmiştir. Blok eğik düzlem boyunca x kadar yol alarak en alt noktaya v hızıyla ulaşıyor. Sürtünme kuvvetinin yaptığı iş matematiksel olarak modellendiğinde, ısıya dönüşen bu enerjiyi veren ifade aşağıdakilerden hangisidir? (k: sürtünme katsayısı)

   • A) k * m * g * x * sin(α)
   • B) k * m * g * x * cos(α)
   • C) m * g * x * sin(α)
   • D) k * m * g * h
   • E) m * g * x * cos(α)

6. Kütlesi m olan bir gök taşı, atmosfere v hızıyla dikey olarak girdiğinde hava sürtünmesi nedeniyle yavaşlayarak yere çarpmadan hemen önce durma noktasına geliyor. Gök taşının bu süreçte kaybettiği mekanik enerjinin tamamının sürtünme işine gittiği bilindiğine göre, açığa çıkan ısı enerjisini veren matematiksel bağıntı aşağıdakilerden hangisidir? (Başlangıç yüksekliği h, yer çekimi ivmesi g'dir.)

   • A) m * g * h
   • B) (1/2) * m * v²
   • C) m * g * h - (1/2) * m * v²
   • D) m * g * h + (1/2) * m * v²
   • E) 2 * m * g * h + m * v²

7. Bir makine mühendisi, sanayi makinelerinde metal yüzeylerin aşınmasını engellemek ve sürtünme kuvvetinin yaptığı işi azaltarak enerji tasarrufu sağlamak istiyor. Mühendisin hazırlayacağı posterde aşağıdaki çözüm önerilerinden hangisine yer vermesi bilimsel olarak uygun olmaz?

   • A) Temas eden metal yüzeylerin ince bir yağ tabakasıyla kaplanması
   • B) Hareketli parçalar arasına rulman (bilyeli yatak) yerleştirilmesi
   • C) Yüzey pürüzlülüğünü azaltmak için metallerin parlatılması
   • D) Birbirine temas eden yüzeylerin normal kuvvetini (basıncını) artırmak
   • E) Temas eden malzemelerin sürtünme katsayısı daha düşük alaşımlarla değiştirilmesi
8. 

   Aşağıdaki görselde yatay kesiti verilen sürtünmeli yolun K noktasından E kinetik enerjisiyle fırlatılan bir cisim, L noktasından geçerek M noktasında duruyor. KL ve LM yolları eşit uzunlukta (x) olduğuna göre, KL yolunda sürtünme kuvvetinin yaptığı iş kaç E'dir?

   • A) E/4
   • B) E/3
   • C) E/2
   • D) 2E/3
   • E) 3E/4

9. Aşağıdaki tabloda, aynı yol üzerinde test edilen beş farklı aracın kütle, ilk hız ve durma mesafesi veri seti verilmiştir. AraçKütle (kg)İlk Hız (m/s)Durma Mesafesi (m) P10001010 R10002040 S20001010 T15003090 U30002040 Bu verileri inceleyen bir öğrencinin sürtünme kuvvetinin yaptığı işe yönelik çıkaracağı en genel matematiksel ilişki aşağıdakilerden hangisidir?

   • A) Durma mesafesi aracın kütlesi ile doğru orantılıdır.
   • B) Kütle arttıkça sürtünme kuvvetinin yaptığı iş azalır.
   • C) Durma mesafesi, aracın ilk hızının karesi ile doğru orantılıdır.
   • D) İlk hız iki katına çıktığında durma mesafesi de iki katına çıkar.
   • E) Kütle ile ilk hızın çarpımı durma mesafesini belirler.

10. Sürtünmeli yatay bir yolda v hızıyla atılan cisim x kadar gidip duruyor. Sürtünme kuvvetinin yaptığı işin matematiksel modeli kullanılarak, cismin durana kadar geçen sürede kinetik enerjisinin yola bağlı değişim grafiği çizilmek isteniyor. Bu grafik aşağıdakilerden hangisi gibi olmalıdır?

    • A) Kinetik enerjinin sıfırdan başlayıp parabolik olarak arttığı bir grafik
    • B) Kinetik enerjinin belirli bir değerden başlayıp yola bağlı olarak doğrusal azalarak sıfıra indiği bir grafik
    • C) Kinetik enerjinin sabit kaldığı doğrusal bir grafik
    • D) Kinetik enerjinin önce azalıp sonra arttığı parabolik bir grafik
    • E) Kinetik enerjinin zamanla eksponansiyel olarak arttığı bir grafik

11. Bir animasyon simülasyonunda, doğrusal yolda giden farklı kütlelerdeki araçların fren yaptıktan sonraki durma mesafeleri inceleniyor. Toplanan verilere göre, ilk hızları eşit olan araçların kütleleri ne olursa olsun aynı yüzeyde aynı mesafede durdukları gözlemleniyor. Bu tümevarımsal gözlemin fiziksel gerekçesi aşağıdakilerden hangisidir?

    • A) Kütle arttıkça sürtünme kuvveti artar ancak başlangıçtaki kinetik enerji de aynı oranda arttığı için durma mesafesi değişmez.
    • B) Kütle arttıkça sürtünme katsayısı azaldığı için sistem dengelenir.
    • C) Ağır araçlara etki eden hava direnci daha azdır.
    • D) Sürtünme kuvvetinin yaptığı iş kütleden tamamen bağımsızdır.
    • E) Hafif araçların eylemsizliği daha büyük olduğu için daha fazla yol alırlar.

12. Aşağıdaki görselde yatay ve sürtünmeli bir yolda ilk hızı v olan m kütleli bir blok gösterilmiştir. Blok, sürtünme kuvvetinin yaptığı iş sonucunda d kadar yol alarak durmaktadır. Sürtünme kuvvetinin yaptığı işi veren matematiksel model düşünüldüğünde, d durma mesafesini azaltmak için aşağıdakilerden hangisi tek başına yapılmalıdır?

    • A) Blok kütlesini (m) artırmak
    • B) Bloğun ilk hızını (v) artırmak
    • C) Zeminin sürtünme katsayısını artırmak
    • D) Yer çekimi ivmesi daha küçük bir ortama gitmek
    • E) Bloğun taban alanını genişletmek

13. Yatay düzlemde v ilk hızıyla hareket eden özdeş iki kutudan K kutusu buzlu yolda xK, L kutusu ise beton yolda xL mesafe giderek duruyor. Sürtünme kuvvetlerinin yaptığı işler sırasıyla WK ve WL olduğuna göre, bu işler ve durma mesafeleri arasındaki ilişki aşağıdakilerin hangisinde doğru verilmiştir? (Betonun sürtünme katsayısı buzunkinden büyüktür.)

    • A) WK > WL ve xK > xL
    • B) WK < WL ve xK < xL
    • C) WK = WL ve xK > xL
    • D) WK = WL ve xK < xL
    • E) WK < WL ve xK = xL

14. Yatay bir yolda m kütleli bir blok, v ilk hızıyla fırlatıldığında sürtünme nedeniyle x kadar yol alıp duruyor. Blok ile zemin arasındaki sürtünme katsayısı yarıya indirilip ilk hız iki katına çıkarılırsa, sürtünme kuvvetinin yaptığı işin matematiksel modeline göre yeni durma mesafesi kaç x olur?

    • A) 2
    • B) 4
    • C) 6
    • D) 8
    • E) 16

15. Frene basan bir otomobilin durma mesafesini (x) tahmin etmek isteyen bir mühendis, sürtünme kuvvetinin yaptığı işi matematiksel olarak modellemektedir. Otomobilin kütlesi m, ilk hızı v ve yolun sürtünme katsayısı k olduğuna göre, bu otomobilin durma mesafesini (x) veren matematiksel model aşağıdakilerden hangisidir?

    • A) x = v² / (2 * k * g)
    • B) x = m * v² / (k * g)
    • C) x = k * g * v² / 2
    • D) x = v / (k * g * m)
    • E) x = 2 * k * g * v²

16. Bir fizik öğretmeni, yatay düzlemdeki bir cismin durma mesafesini etkileyen değişkenleri öğrencilerine sormuştur. Öğrencilerden gelen aşağıdaki tahminlerden hangisi, sürtünme kuvvetinin yaptığı işin matematiksel modeli göz önüne alındığında bilimsel olarak yanlıştır?

    • A) Cismin ilk hızı artarsa, onu durdurmak için sürtünmenin yapması gereken iş artar.
    • B) Yolun sürtünme katsayısı daha büyük olursa, cisim daha kısa mesafede durur.
    • C) Cismin kütlesi artarsa, durma mesafesi ilk hızdan bağımsız olarak kesinlikle kısalır.
    • D) Cismin ilk kinetik enerjisi, sürtünme kuvvetinin yapacağı toplam işin sınırını belirler.
    • E) Sürtünme kuvveti hareket yönüne zıt olduğundan negatif iş yapar.

17. Özdeş beş oyuncak araba, aynı kinetik enerjilerle girip durana kadar ilerledikleri farklı zeminlerde gözlemleniyor. Arabaların durma mesafelerini ölçen bir araştırmacı, sürtünme kuvvetinin yaptığı iş ile ilgili en temel ortak sonucu keşfetmek istiyor. Bu araştırmacı gözlemleri sonucunda aşağıdaki çıkarımlardan hangisine ulaşabilir?

    • A) Sürtünmeli yüzeylerde hareket eden cisimlerin mekanik enerjisi her zaman korunur.
    • B) Sürtünme kuvvetinin yaptığı iş, cismin kaybettiği kinetik enerjiye eşittir.
    • C) Durma mesafesi yalnızca zeminin sürtünme katsayısına bağlıdır.
    • D) Kinetik enerji arttıkça sürtünme kuvvetinin yaptığı iş azalır.
    • E) Sürtünmeli yolda ilerleyen cisimlerin sürati zamanla artış gösterir.

18. 🔬 Bir mühendis, raylar üzerindeki vagonların frenleme esnasında sürtünmeden dolayı aşırı ısınmasını önlemek ve durma mesafesini optimize etmek için bir simülasyon tasarlıyor. Sürtünme kuvvetinin yaptığı işin ısı enerjisine dönüşüm miktarını azaltmak için mühendisin sunumunda önereceği en yenilikçi ve bilimsel yöntem aşağıdakilerden hangisidir?

    • A) Vagonların kütlesini artırarak sürtünme kuvvetinin birim zamanda yaptığı negatif iş miktarını azaltmak
    • B) Fren balatalarında elektromanyetik alan yardımıyla temassız girdap akımları (eddy currents) kullanarak mekanik aşınmayı ve doğrudan sürtünme işini azaltmak
    • C) Tekerleklerin çapını küçülterek zeminle olan temas yüzeyini artırmak ve sürtünme katsayısını optimize etmek
    • D) Vagonun ilk hızını iki katına çıkararak sürtünme kuvvetinin etki etme süresini azaltıp toplam işi düşürmek
    • E) Frenleme esnasında raylara su püskürterek sürtünme katsayısını sıfıra yaklaştırıp kinetik enerjiyi korumak

19. 🚗 Sürtünmeli yatay bir yolda aynı hızla ilerleyen özdeş iki araçtan biri kuru zeminde, diğeri ise yağmurlu zeminde frene basarak durmaya çalışıyor. Araçların durma mesafelerini tahmin etmek ve bu durumu sürtünme kuvvetinin yaptığı iş ile ilişkilendirmek isteyen bir öğrenci hangi fiziksel çıkarımı yapmalıdır?

    • A) Islak zeminde sürtünme katsayısı daha büyük olduğu için kinetik enerji değişimi daha hızlı gerçekleşir ve durma mesafesi kısalır.
    • B) Islak zeminde sürtünme kuvveti daha küçük olduğundan, kinetik enerjiyi sıfırlamak için gereken negatif iş daha uzun bir mesafede tamamlanır.
    • C) Kuru zeminde aracın kütlesi daha az etki gösterdiği için sürtünme kuvvetinin yaptığı iş kinetik enerjiden bağımsızdır.
    • D) Her iki zeminde de sürtünme kuvvetinin yaptığı iş eşit olduğundan araçlar tamamen aynı mesafede durur.
    • E) Yağmurlu zeminde sürtünme kuvvetinin yönü hareket yönüyle aynı olduğu için araç hızlanarak daha geç durur.

Doğru cevaplar ve adım adım çözümler testi tamamladıktan sonra gösterilir.