Ağır Cisimler Daha Hızlı mı Düşer? Kütlenin Etkisi

Ağır ve Hafif Cisimler Aynı Anda Yere Düşer mi?

Hava direnci olmadığında, aynı koşullarda bırakılan ağır ve hafif cisimler aynı anda yere ulaşır. Bunun nedeni, aynı yerdeki serbest düşme ivmesinin cismin kütlesinden bağımsız olmasıdır.

Soru: Ağır cisimler hafif cisimlerden daha hızlı mı düşer?
Kısa Cevap: Yalnızca ağırlıklarına bakarak böyle bir sonuç çıkarılamaz. Hava direnci ihmal edilirse aynı yükseklikten aynı anda ilk hızsız bırakılan cisimler eşit sürede düşer.
Detaylı Cevap: Serbest düşmede yer çekimi kuvveti mg ile, ivme ise F/m ile ifade edilir. Bu iki ilişki birleştirildiğinde a = mg/m = g sonucu elde edilir. Böylece kütleler farklı olsa da ivme aynı olur. Havalı ortamda gözlenen farklılıklar ise hava direncinin cisimlerin hareketini farklı ölçülerde etkilemesinden kaynaklanabilir.

Daha Büyük Ağırlık Neden Daha Büyük İvme Anlamına Gelmez?

Ağır cisme etki eden yer çekimi kuvveti büyüktür. Ancak bu cismin hızını değiştirmek için ivmelendirilmesi gereken kütle de daha büyüktür. Kuvvet ve kütle aynı oranda arttığından oranları değişmez.

Konuyla ilgili karşılaştırmaları farklı kütleli cisimlerin serbest düşme etkinliğinde inceleyebilirsiniz.

Hava Varken Sonuç Neden Değişebilir?

Hava direnci, yalnızca kütleye bağlı değildir. Cismin hava akımına karşı alanı, şekli ve hızı da etkilidir. Bu nedenle geniş bir yaprakla küçük bir taşın düşüşünü karşılaştırırken sadece ağırlıklarına bakmak yeterli olmaz.

Direncin bağlı olduğu değişkenleri hava direnci nedir, nelere bağlıdır? yazısında okuyabilirsiniz.

Çekiç ve Tüy Örneği

Apollo 15 astronotu David Scott, Ay’da çekiç ile tüyü birlikte bırakarak düşüşlerini karşılaştırdı. İkisi yüzeye aynı anda ulaştı. Ay’ın hava direncinin ihmal edilebildiği ortamı, günlük hayatta tüyün yavaş düşmesine neden olan etkiyi ortadan kaldırmıştı.

Çözümlü Örnek

Soru: Hava direncinin olmadığı aynı ortamda 2 kg ve 5 kg kütleli iki cisim 45 metre yükseklikten ilk hızsız bırakılıyor. Düşme süreleri kaç saniyedir? g = 10 m/s² alınız.

Kısa Cevap: Her iki cismin düşme süresi 3 saniyedir.

Çözüm: h = ½gt² bağıntısıyla 45 = ½ · 10 · t² yazılır. Buradan t² = 9 ve t = 3 s bulunur. Sonuç iki kütle için de aynıdır.

Deftere Yazılabilecek Cevap

Hava direnci ihmal edildiğinde ağır cisimler hafif cisimlerden daha hızlı düşmez. Aynı yerde, aynı yükseklikten ve aynı başlangıç koşullarıyla bırakılan cisimler aynı ivmeyle hareket eder ve eşit sürede yere ulaşır.

Farklı kütleli cisimlerin düşme süreleri