3. Bir gökdelen inşaatında atık su tesisatının yerleştirilmesi aşamasında ana toplar tesisat borusunun en üst kısmından içerisine bir açık ağız anahtar düşmüştür. Oldukça geniş ve yere kadar düz inen borunun uzunlu ğu 122,5 m olup açık ağız anahtarın kütlesi 200 g'dır. Borunun alt kısmında 42,5 m kadar atık su birikmiştir ve atık suyun açık ağız anahtara uyguladığı kaldırma kuvveti 2 N kadardır. Borunun içerisindeki hava sür tünmesi önemsizdir. 122,5 m 42,5 m Zemin Buna göre açık ağız anahtar, atık su borusunun dibine ulaştığında hızı en az kaç m/s olabilir? Nedenini açıklayınız ve işlemlerinizi gösteriniz. (g = 10 m/s2)
✅ Cevap ve adım adım çözüm
1. Anahtar önce suyun yüzeyine kadar serbest düşer: düşme yüksekliği 122,5 − 42,5 = 80 m.
2. Suya giriş hızı: v² = 2gh = 2 × 10 × 80 = 1600 → v = 40 m/s.
3. Suyun içinde: ağırlık G = 0,2 × 10 = 2 N, kaldırma kuvveti 2 N. Net kuvvet 2 − 2 = 0 olduğundan ivme sıfırdır.
4. Net kuvvet sıfır olduğu için anahtar suyun içinde hızını değiştirmeden, sabit 40 m/s hızla dibe iner (Newton'un 1. yasası).
Cevap: 40 m/s. Çünkü suda ağırlık kaldırma kuvvetine eşit olduğundan net kuvvet sıfırdır; anahtar suya girdiği 40 m/s hızla sabit hızlı hareket ederek dibe ulaşır.
Dikkat: Net kuvvetin sıfır olması cismin durması demek değildir; cisim o anki hızıyla sabit hızlı hareketine devam eder.