11. Sınıf Fizik · Ünite 1
Çembersel Hareketin Sırları: Yörüngeler ve Hız Vektörleri
Çembersel hareket yapan cisimlerin yörüngelerini, merkez noktalarını ve hız vektörlerinin özelliklerini günlük hayattan örneklerle inceliyoruz.
Kazanım FİZ.11.1.6 · 25 dk okuma
Gökyüzünden Lunaparka: Çembersel Hareket
Hiç bir lunaparka gidip dönme dolaba bindiniz mi? Veya başınızı gökyüzüne kaldırdığınızda, iletişimimizi sağlayan Türksat uydularının Dünya'nın etrafında düşmeden nasıl dolandığını düşündünüz mü? İşte devasa uydulardan lunaparktaki eğlence araçlarına kadar ortak olan bu özel hareket türüne çembersel hareket diyoruz.
Yörünge ve Merkez Noktası Nedir?
Bir cismin, sabit bir nokta etrafında belirli bir uzaklığı koruyarak çizdiği çember şeklindeki yola 'yörünge' denir. Cisim bu yörünge üzerinde dolaşırken, uzaklığının hep sabit kaldığı o hayali orta noktaya da 'yörünge merkezi' adını veriyoruz.
Hız Vektörünü Çizmek
Günlük dilde 'hız' ve 'sürat' kelimelerini birbirinin yerine kullansak da fizikte ikisi çok farklıdır. Çembersel bir yörüngede ilerleyen cismin sürati sabit olsa bile, hız vektörel bir büyüklük olduğu için yönü sürekli değişir. Vektörleri çizerken, başlangıç noktasını cismin o an bulunduğu yer olarak alırız.
Örneğin, bir saat kadranı düşünün. Yelkovanın ucundaki bir toz tanesi tam saat 12'yi gösterirken yelkovan dönmeye devam ediyorsa, o andaki hız vektörü sağa doğrudur (saat 3 yönüne doğru teğet). Tam saat 3'ün üzerine geldiğinde ise hız vektörü aşağıya doğru olacaktır. Çembersel hareket yapan farklı cisimlerin hız vektörlerini çizerken tek yapmanız gereken, dönüş yönünü dikkate alarak yörüngeye bir teğet oku çizmektir.
Günlük Hayattan Örnekler
- Türksat Uyduları: Dünya'yı merkez alarak, kütle çekim kuvvetinin etkisiyle devasa bir çembersel yörüngede hareket ederler.
- Dönme Dolap: Merkezindeki dev aks etrafında dönen yolcu kabinlerinin her biri birer çembersel yörünge çizer.
- Virajı Dönen Otomobil: Tam bir çember çizmese bile, virajın hayali bir merkez noktası vardır ve araç o merkez etrafında çembersel bir yay izler.
Çembersel Hareketin Sırları: Yörüngeler ve Hız Vektörleri: Alıştırma Soruları
1. Çembersel hareket yapan bir cismin hız vektörünün yönü için aşağıdakilerden hangisi daima doğrudur?
- A) Daima yörünge merkezine doğrudur.
- B) Bulunduğu noktada yörüngeye teğettir.
- C) Hareketi boyunca hiç değişmez.
- D) Daima yörünge merkezinden dışarıyadır.
Cevabı göster
Doğru cevap: B) Bulunduğu noktada yörüngeye teğettir.
Çembersel harekette hız vektörü, cismin bulunduğu noktada çember şeklindeki yörüngeye her zaman teğet olarak çizilir.
2. Aşağıdaki hareketlilerden hangisi çembersel harekete örnek olarak gösterilemez?
- A) Dünya etrafında dolanan haberleşme uydusu
- B) Sabit süratle dönen dönme dolap kabini
- C) Doğrusal bir otoyolda sabit hızla giden otomobil
- D) Saat üzerindeki yelkovanın ucunun hareketi
Cevabı göster
Doğru cevap: C) Doğrusal bir otoyolda sabit hızla giden otomobil
Çembersel hareket olması için sabit bir merkez etrafında dönme eylemi gereklidir. Doğrusal bir yolda giden otomobilin yörüngesi çember değildir.
3. Yatay ve sürtünmesiz bir düzlemde düzgün (sabit süratli) çembersel hareket yapan bir cisim için bir öğrenci şu yorumları yapıyor: I. Cismin sürati hareket boyunca sabittir. II. Cismin hızı hareket boyunca sabittir. III. Yörünge yarıçapı hareket boyunca sabittir. Bu yorumlardan hangileri doğrudur?
- A) Yalnız I
- B) I ve II
- C) I ve III
- D) I, II ve III
Cevabı göster
Doğru cevap: C) I ve III
Cismin sürati (büyüklüğü) ve yörünge yarıçapı sabittir. Ancak hız vektörel bir nicelik olduğu için yönü anbean değişir, bu nedenle 'hızı sabittir' ifadesi fizikte yanlıştır. Doğru cevap I ve III.
4. Saat ibresi yönünde (soldan sağa doğru) çembersel hareket yapan bir cisim, yörüngesinin tam en alt noktasından geçerken hız vektörünün yönü nereye doğru çizilmelidir?
- A) Yukarı
- B) Aşağı
- C) Sağa
- D) Sola
Cevabı göster
Doğru cevap: D) Sola
Saat yönünde dönen bir cisim; en üstteyken sağa, sağdayken aşağıya, en alttayken sola, soldayken yukarıya doğru hareket eğilimindedir. Bu nedenle en alt noktadaki teğet vektörü sola doğrudur.
5. Çembersel hareket yapan bir cismin herhangi bir andaki konum vektörü (merkezden cisme çizilen yarıçap vektörü) ile hız vektörü arasındaki açı kaç derecedir?
- A) 0
- B) 45
- C) 90
- D) 180
Cevabı göster
Doğru cevap: C) 90
Geometrik kurallar gereği, çemberin merkezinden teğet noktasına çizilen yarıçap (konum vektörü), teğet doğrusuna (hız vektörüne) daima diktir. Bu nedenle aralarındaki açı 90 derecedir.