Hava veya başka bir akışkanın içinde hareket eden cisimlere, hareket yönlerine zıt olacak biçimde bir kuvvet etki eder. Bu kuvvete direnç kuvveti denir. Cismin hızı belirli bir değere kadar arttıktan sonra, hareketini sabit hızlı olarak sürdürür. Bu direnç kuvveti, cismin hızı (v), hava ile temas eden en büyük kesiti (A) ve cisimle hava arasındaki sürtünme katsayısı (K) ye bağlıdır.

F_Direnç = K.A.v²

Hava ortamında serbest bırakılan cismi inceleyelim. A noktasından serbest bırakılan cisim yer çekimi etkisiyle hızlanır. Cisim B den geçerken hareket yönüne zıt bir direnç kuvveti etkisindedir. Fakat mg > K.A.v₁ olduğundan hızlanmayı sürdürür.

Cisim C noktasından geçerken hızı daha da büyük olduğundan, mg = K.A.v₂² eşitliği sağlanır. Bileşke kuvvet sıfır olduğu için cisim v2 hızı ile (limit hız) hareketini sürdürür. O halde,

Direnç kuvvetinden dolayı cismin kaybettiği enerji ısı enerjisine dönüşür. Atmosfere giren gök taşlarının (ısı ve ışık kaynağı olmamalarına rağmen) ışık yayması ve yıldız diye adlandırılmalarının nedeni, sürtünmeye harcanan bu enerjidir.

Not: Cisim aşağı doğru v hızıyla atılırsa hız-zaman grafikleri şekildeki gibi olur.

Çözümlü Örnek Test Soruları

1. Hava ortamında serbest bırakılan bir cisim, başlangıçta hızlanırken bir süre sonra sabit hızla düşmeye başlıyor. Bu sabit hıza ne ad verilir?
A) İlk hız
B) Ortalama hız
C) Limit hız
D) Ani hız
Doğru Cevap: C
Çözüm: Cisim, hava direnci nedeniyle belirli bir hıza ulaştığında net kuvvet sıfır olur. Bu sabit ve maksimum düşme hızına limit hız denir.

2. Aşağıdakilerden hangisi bir cismin limit hızını etkileyen faktörlerden biri değildir?
A) Cismin kütlesi
B) Yerçekimi ivmesi
C) Cismin şekli ve yüzey alanı
D) Cismin sıcaklığı
Doğru Cevap: D
Çözüm: Limit hız; cismin kütlesine, hava yoğunluğuna, şekline ve yüzey alanına bağlıdır. Ancak sıcaklık doğrudan limit hızı belirlemez.

3. Havadaki bir paraşütçü, paraşütü açmadan önce 60 m/s hızla düşmektedir. Paraşüt açıldığında hızının azalarak 6 m/s’ye düştüğü gözleniyor. Bu durumun nedeni nedir?
A) Yerçekimi ivmesinin azalması
B) Cismin kütlesinin artması
C) Hava direncinin artması
D) Sürtünmenin ortadan kalkması
Doğru Cevap: C
Çözüm: Paraşüt açıldığında yüzey alanı artar ve buna bağlı olarak hava direnci artar. Artan direnç, hızın düşmesine ve daha düşük bir limit hızla sabit hızda düşmesine neden olur.

4. Hava direncinin olmadığı bir ortamda bırakılan iki cisim (biri ağır, diğeri hafif) ile ilgili aşağıdaki ifadelerden hangisi doğrudur?
A) Hafif cisim daha yavaş düşer
B) Ağır cisim daha hızlı düşer
C) Her iki cisim de aynı limit hıza ulaşır
D) Her iki cisim aynı anda yere ulaşır
Doğru Cevap: D
Çözüm: Hava direnci yoksa, kütle farkı etkili olmaz. Tüm cisimler yerçekimi etkisiyle aynı ivmeyle düşer, dolayısıyla aynı anda yere ulaşırlar.

5. Aşağıdaki örneklerden hangisinde limit hız kavramı en belirgin şekilde gözlemlenir?
A) Sürtünmesiz bir ortamda kayan buz
B) Serbest bırakılan sarkacın hareketi
C) Paraşütle atlayan bir insanın düşüşü
D) Duran bir cismin harekete başlaması
Doğru Cevap: C
Çözüm: Paraşütle atlayan biri, başlangıçta ivmeli düşer, sonrasında hava direnci ile limit hıza ulaşır ve sabit hızla düşmeye devam eder. Bu durum limit hızın klasik bir örneğidir.