12. Sınıf Fizik · Ünite 1
Momentumun Korunumu: Çarpışmalar, Patlamalar ve Roketler
Sisteme dış kuvvet etki etmediğinde momentumun nasıl korunduğunu, esnek ve esnek olmayan çarpışmaları, patlamaları ve roket hareketini inceliyoruz.
Kazanım FİZ.12.1.4 · 40 dk okuma
Gizli Bir Doğa Yasası: Momentum Neden Korunur?
Okul bahçesinde iki oyuncak arabanın çarpışmasını izlediğinizi hayal edin. Ya da uzay boşluğunda sessizce süzülen devasa bir roketin nasıl hızlandığını düşünün. Görünürde çok farklı olan bu iki olayın arkasında evrenin en temel ilkelerinden biri yatar: Momentumun Korunumu. Momentum, bir cismin kütlesi ile hızının çarpımıdır ve hareketin miktarını temsil eder.
Çarpışmaların Doğası: Esnek ve Esnek Olmayan
Cisimler çarpıştığında momentum daima korunur. Ancak enerjinin durumu çarpışmanın türüne göre değişir. Bilardo toplarının çarpışıp sekmesi gibi durumlarda sistemin toplam kinetik enerjisi de korunuyorsa buna 'esnek çarpışma' deriz. Trafik kazalarında araçların birbirine kenetlenmesi gibi şekil değişikliği veya ısı açığa çıkaran durumlarda ise kinetik enerji korunmaz, buna da 'esnek olmayan çarpışma' denir.
İki Boyutta Çarpışmalar
Kavşakta farklı yönlerden gelen iki aracın çarpışması iki boyutta gerçekleşir. Momentum vektörel bir büyüklük olduğundan, işlem yaparken sağa-sola (X ekseni) ve yukarı-aşağı (Y ekseni) hareketleri ayrı ayrı incelemeliyiz. Her iki eksende de başlangıç momentumlarının toplamı, son momentumların toplamına eşit olmalıdır.
Patlamalar ve Roket Hareketi
Duran bir cisim iç patlama sonucu parçalara ayrılırsa, ilk momentum sıfır olduğu için fırlayan tüm parçaların momentum vektörlerinin toplamı da sıfır olmak zorundadır. Roketlerin uzaydaki hareketi de kontrollü bir patlama mantığına dayanır. Roket, yakıtını yakarak gazları yüksek hızla geriye doğru püskürtür. Gazın kazandığı momentuma karşılık roket ileri doğru eşit büyüklükte bir momentum kazanarak hızlanır.
Momentumun Korunumu: Çarpışmalar, Patlamalar ve Roketler: Alıştırma Soruları
1. Bir sistemde momentumun kesinlikle korunabilmesi için gerekli olan temel şart aşağıdakilerden hangisidir?
- A) Sistemdeki cisimlerin kütlelerinin eşit olması
- B) Çarpışmanın tam esnek olması
- C) Sisteme etki eden net dış kuvvetin sıfır olması
- D) Sistemdeki cisimlerin başlangıçta duruyor olması
Cevabı göster
Doğru cevap: C) Sisteme etki eden net dış kuvvetin sıfır olması
Momentumun korunum şartı, sisteme etki eden net dış kuvvetin sıfır olmasıdır. İç kuvvetler sistemin toplam momentumunu değiştirmez.
2. Uzay boşluğunda, etrafında hava olmayan bir ortamda bir roket nasıl ivmelenerek hızlanır?
- A) Motorların uzay boşluğunu itmesiyle
- B) Yakılan gazların geriye püskürtülüp roketin ileri doğru momentum kazanmasıyla
- C) Güneş rüzgarlarının roketi sürüklemesiyle
- D) Yer çekiminin tamamen sıfırlanmasıyla
Cevabı göster
Doğru cevap: B) Yakılan gazların geriye püskürtülüp roketin ileri doğru momentum kazanmasıyla
Roketler, yaktıkları gazı geriye doğru fırlatarak gaza bir momentum kazandırırlar. Momentum korunumuna göre sistemin toplam momentumunun korunması için roket de gazın momentumuna zıt yönde, yani ileri doğru momentum kazanır.
3. Sürtünmesiz yatay düzlemde 4 m/s hızla ilerleyen 2 kg kütleli bir oyuncak araba, durgun haldeki 2 kg kütleli başka bir oyuncak arabaya arkadan çarpıp kenetleniyor. Çarpışmadan sonra ortak kütlenin hızı kaç m/s olur?
- A) 1
- B) 2
- C) 3
- D) 4
Cevabı göster
Doğru cevap: B) 2
İlk momentum: 2 kg * 4 m/s + 0 = 8 kg.m/s. Son durumda kütleler kenetlendiği için toplam kütle 4 kg olur. 4 * V_son = 8 eşitliğinden ortak hız 2 m/s olarak bulunur.
4. Durgun haldeki 3m kütleli bir cisim iç patlama geçirerek m ve 2m kütleli iki parçaya ayrılıyor. m kütleli parça +V hızıyla hareket ettiğine göre, 2m kütleli parçanın hızı nedir?
- A) -V/2, -V
- B) V/2
- C) 2V
Cevabı göster
Doğru cevap: A) -V/2, -V
Başlangıçta cisim durgun olduğundan toplam momentum sıfırdır. Patlama sonrasında da toplam momentum sıfır olmalıdır: m*(+V) + 2m*(V_2) = 0. Buradan 2m*V_2 = -m*V, dolayısıyla V_2 = -V/2 bulunur.
5. Eşit kütleli iki bilardo topundan biri durgun haldeyken, diğeri V hızıyla gelip durgun topa merkezi ve tam esnek çarpıyor. Sürtünmeler önemsiz olduğuna göre çarpışma sonrasında topların hızları hakkında ne söylenebilir?
- A) Birlikte V/2 hızıyla hareket ederler.
- B) İkisi de zıt yönlerde V/2 hızıyla hareket eder.
- C) Gelen top durur, başlangıçta durgun olan top V hızıyla harekete geçer.
- D) Gelen top V/2 ile geri döner, diğer top V ile ilerler.
Cevabı göster
Doğru cevap: C) Gelen top durur, başlangıçta durgun olan top V hızıyla harekete geçer.
Merkezi ve tam esnek çarpışmalarda cisimlerin kütleleri eşitse, birbirlerinin hızlarını alırlar (hızları değiş tokuş ederler). Bu nedenle V ile gelen durur, duran top V hızıyla hareketine devam eder.