TYT Fizik Formülleri: Konuya Göre Kullanım ve Soru Çözümü

Hareket sorularında yol, hız ve ivmeyi birbirinden ayırma

Hız için kullanılan temel bağıntı v = d/t biçimindedir. Burada d gidilen toplam yol, t ise bu yol için geçen toplam zamandır. Sonuç, hareket boyunca hız sabit değilse ortalama hızın büyüklüğü olarak yorumlanır; bu nedenle hızlanan veya yavaşlayan bir cisim için bulunan değer, cismin her andaki hızı olmak zorunda değildir.

İvme, hızdaki değişimin zamana oranıdır:

a = Δv / Δt

Δv, son hız ile ilk hız arasındaki değişimi; Δt, bu değişimin gerçekleştiği zaman aralığını gösterir. İvme pozitif bir sayı çıktığında hızın büyüdüğü yorumu ancak seçilen pozitif yön ve hareketin yönü dikkate alınarak yapılmalıdır. İvmenin negatif olması da tek başına 'cisim kesinlikle yavaşlıyor' anlamına gelmez; yön seçimi önemlidir. Sınavda yön belirtilmişse hız ve ivmeyi işaretleriyle yazın.

Sabit ivmeli hareket için verilen bağıntılardan biri şudur:

v² = v₀² + 2as

Bu bağıntıda v son hız, v₀ ilk hız, a sabit ivme ve s yer değiştirmedir. Zaman soruda verilmemişse bu ifade özellikle işe yarar. Ancak ivmenin sabit olduğu belirtilmeden bu bağıntı doğrudan kullanılmamalıdır. Grafik sorularında da iki temel ilişkiyi karıştırmayın: v-t grafiğinin eğimi ivmeyi, grafiğin altında kalan alan ise yer değiştirmeyi verir.

Newton yasalarını enerji yaklaşımından ayırarak seçme

Kuvvet ile ivme arasındaki temel ilişki F = m × a bağıntısıdır. Aynı net kuvvet altında kütlesi daha büyük olan cismin ivme büyüklüğü daha küçük olur; aynı kütlede net kuvvet artırılırsa ivme büyür. Burada F, tek tek herhangi bir kuvvet değil, hareket durumunu belirleyen net kuvvet olarak düşünülmelidir.

Bir soruda kuvvetler ayrı ayrı verilmişse önce yönleri belirleyip net kuvveti bulmak gerekir. Örneğin sürtünme hareket yönüne karşıysa sürtünmenin yaptığı iş negatiftir ve net kuvvet hesabında hareketi sağlayan kuvvetten çıkarılabilir. Kuvvet dengeleniyorsa net kuvvet sıfır olur; bu durumda ivme de sıfırdır. İvmenin sıfır olması cismin mutlaka durduğu anlamına gelmez; cisim sabit hızla hareket ediyor olabilir.

Soruda yükseklik, hız veya enerji dönüşümü öne çıkıyorsa kuvvet denklemi yerine enerji bağıntıları daha kısa çözüm sağlayabilir. Kinetik enerji E_k = 1/2 × m × v² hareketten, potansiyel enerji E_p = m × g × h ise yükseklikten kaynaklanır. Kinetik enerjide hızın karesi bulunduğu için hızdaki değişim enerji üzerinde doğrusal olmayan bir etki oluşturur. Potansiyel enerjide ise aynı g değerinde kütle veya yükseklik artırıldığında enerji artar.

Enerji dönüşümü yorumlanırken referans alınan yükseklik önemlidir. Düşey hareket örneğinde, ideal koşullarda hız azalırken kinetik enerji potansiyel enerjiye dönüşebilir. Bir cismin tepe noktasında kinetik enerjisinin sıfır olduğu ifadesi, cismin o anda hızının sıfır olduğu düşey fırlatma gibi özel durumlar için kullanılmalıdır; her yükselen cisim için otomatik bir sonuç değildir.

İş ve güçte yön, yer değiştirme ve zaman kontrolü

İşin basitleştirilmiş bağıntısı W = F × d şeklindedir. Bu kullanımda kuvvet ile yer değiştirme aynı yöndedir. F kuvveti newton (N), d yer değiştirmeyi metre (m) cinsinden alırsanız işin birimi joule (J) olur:

1 J = 1 N × 1 m

Kuvvet yer değiştirmeye zıt yöndeyse iş negatiftir. Bu, kuvvetin cisimden enerji aldığı yönünde yorumlanır; örneğin sürtünme hareket yönüne karşı koyuyorsa negatif iş yapar. Kuvvet yer değiştirmeye dikse bu basit ifadede yapılan iş sıfır kabul edilir. Dolayısıyla yalnızca kuvvetin büyüklüğünü bilmek, işin yönünü ve işaretini belirlemeye yetmez.

Güç, yapılan işin zamana oranıdır:

P = W / t

Aynı iş daha kısa sürede yapılıyorsa güç daha büyüktür. Bu nedenle güç, toplam yapılan işle aynı kavram değildir. İki kişi aynı yükü aynı yüksekliğe çıkarırsa ideal durumda yaptıkları iş aynı olabilir; daha kısa sürede tamamlayan kişinin gücü daha fazladır. Soru iş ve güç değerlerini birlikte veriyorsa birimlerin joule ve saniye olup olmadığını kontrol edin.

Basınç ve kaldırma kuvvetinde yüzey alanı ile batma hacmini okumak

Basınç, yüzeye dik kuvvetin temas alanına oranıdır:

P = F / A

Aynı kuvvet için temas alanı küçülürse basınç büyür; aynı alan için kuvvet büyürse basınç artar. Bu karar yalnızca kuvvetin yüzeye dik bileşeni ve temas alanı karşılaştırılırken geçerlidir. Bu nedenle bir cismin yönü değiştirildiğinde ağırlık aynı kalsa bile temas alanı değişiyorsa basınç değişebilir.

Sıvı basıncı için gösterge basıncı bağıntısı şöyledir:

p_gösterge = ρ × g × h

Mutlak basınç için p_mutlak = p_atmosfer + ρ × g × h yazılır. ρ sıvının özkütlesi, g yerçekimi ivmesi, h ise sıvı yüzeyinden ölçülen derinliktir. Aynı sıvıda derinlik arttıkça sıvı basıncı artar. Kabın biçimi, aynı sıvı ve aynı derinlik karşılaştırmasında tek başına basıncı belirleyen büyüklük değildir. Farklı sıvılar karşılaştırılıyorsa özkütle de hesaba katılmalıdır.

Kaldırma kuvveti için verilen bağıntı:

F_kaldırma = ρ_sıvı × V_batık × g

Burada kullanılan hacim cismin tamamının hacmi değil, sıvı içinde kalan batık hacimdir. Bu ayrım özellikle kısmen yüzen cisimlerde önemlidir. Sıvının özkütlesi veya batık hacim artarsa kaldırma kuvveti artar; g aynı kabul edilen sorularda bu değişkenler doğrudan karşılaştırılabilir.

Isı ve sıcaklık sorularında Q, c ve ΔT ayrımı

Isı alışverişi ile sıcaklık aynı büyüklük değildir. Isı, enerji aktarımını; sıcaklık ise maddenin sıcaklık durumunu ifade eder. Isıtma veya soğutma sırasında kullanılan bağıntı:

Q = m × c × ΔT

m kütle, c özgül ısı ve ΔT sıcaklık değişimidir. Sıcaklık değişimi son sıcaklık ile ilk sıcaklık arasındaki farktır. Aynı madde ve aynı kütle için daha büyük sıcaklık değişimi daha büyük ısı alışverişi gerektirir. Kütle veya özgül ısı büyüdükçe, aynı ΔT için gereken Q da büyür.

Bu bağıntı, sıcaklığın değiştiği ve hal değişiminin ayrıca ele alınmadığı durum içindir. Hal değişimi sırasında sıcaklık sabit kalabildiği için Q = m × c × ΔT ifadesini doğrudan kullanmak uygun olmayabilir. Mevcut formül listesinin kapsamı içinde bu sınır özellikle önemlidir: soruda erime, donma, buharlaşma veya yoğuşma gibi bir hal değişimi belirtiliyorsa sıcaklık değişimi ile enerji aktarımını aynı işlem sanmayın.

Sorularda c sembolünün özgül ısı olduğunu ve maddenin cinsine bağlı bir büyüklük olarak kullanıldığını not edin. Aynı Q ve m koşullarında özgül ısısı büyük olan maddede sıcaklık değişimi daha küçük olur.

Elektrik devrelerinde akım, gerilim ve direncin işlevi

Elektrik akımı, birim zamanda aktarılan yük miktarıdır:

I = Q / t

Q elektrik yükünü, t zamanı gösterir. Akımın büyümesi, aynı zaman aralığında daha fazla yük aktarılması anlamına gelir. Gerilim için verilen tanım:

V = W / Q

Bu ifade, birim yük başına yapılan işi gösterir. Ohmik bir eleman için sabit sıcaklık gibi koşullarda V = IR, dolayısıyla R = V/I kullanılabilir. Genel durumda V/I, belirli çalışma noktasındaki direnç oranını ifade edebilir; bunun sabit olması gerekmez.

Bir devre sorusunda hangi büyüklüğün istendiğini belirleyin. Akım soruluyorsa I = Q/t, direnç soruluyorsa R = V/I kullanılabilir. Örneğin 10 V gerilim altında 2 A akım geçen bir direnç için R = 10/2 = 5 Ω bulunur. Buradaki sonuç, verilen gerilim ve akım koşullarındaki direnç değeridir.

Elektrik formüllerinde birimleri kontrol etmek özellikle önemlidir: akım amper (A), gerilim volt (V), direnç ohm (Ω) ve yük coulomb (C) olarak ifade edilir. Bir soruda enerji işi W ile elektriksel yük Q birlikte verilmişse V = W/Q bağıntısı; yük ve zaman verilmişse I = Q/t bağıntısı daha doğrudan seçimdir.

Adım adım çözümlü örnekler

Örnek 1 — İvme hesabı

Verilenler: Bir araç 10 saniyede 0 m/s hızdan 20 m/s hıza çıkıyor. İstenen ivmedir.

1. İvme bağıntısını yazın: a = Δv/Δt.
2. Hız değişimini bulun: Δv = 20 - 0 = 20 m/s.
3. Zaman aralığını yerine koyun: a = 20/10.
4. Sonucu hesaplayın: a = 2 m/s².

Sonuç: Aracın ortalama ivme büyüklüğü 2 m/s² olur. Bu çözüm, hız değişiminin 10 saniyelik aralıkta gerçekleştiğini kullanır. Soruda ivmenin sabit olduğu ayrıca belirtilmemişse bulunan değer, bu zaman aralığındaki ortalama ivme olarak yorumlanmalıdır.

Örnek 2 — Kişinin kutuya uyguladığı kuvvetin yaptığı iş

Verilenler: Bir kişi 50 N kuvvet uygulayarak bir kutuyu 10 m yukarı kaldırıyor. Kuvvet ve yer değiştirme aynı yöndedir. İstenen iştir.

1. Aynı yöndeki kuvvet için bağıntıyı seçin: W = F × d.
2. Verileri yazın: F = 50 N ve d = 10 m.
3. Hesaplayın: W = 50 × 10 = 500 J.
4. Birimi kontrol edin: N × m, joule'e eşittir.

Sonuç: Kişinin uyguladığı kuvvetin yaptığı iş 500 J'dür. Bu sonuç, kutunun ağırlığı veya başka kuvvetlerin yaptığı iş değil, verilen 50 N'luk kuvvetin yaptığı iş için hesaplanmıştır. Eğer soruda yerçekimi veya sürtünme işi ayrıca sorulsaydı, kuvvetlerin yönleri ayrı ayrı değerlendirilmeliydi.

Örnek 3 — Elektrik direnci

Verilenler: Gerilim 10 V, akım 2 A'dir. İstenen dirençtir.

1. Ohm yasasını yazın: R = V/I.
2. Sayıları yerine koyun: R = 10/2.
3. Sonucu bulun: R = 5 Ω.

Sonuç: Verilen koşullarda direnç 5 Ω'dur. Akımın birimi amper ve gerilimin birimi volt olduğu için sonuç ohm cinsinden yazılır.