Cisimlere uygulanan sıvı kaldırma kuvveti sıvının özkütlesine bağlıdır. Yukarıdaki şekillerde de görüldüğü benzer biçimde aynı cismin değişi...
Cisimlere uygulanan sıvı kaldırma kuvveti sıvının özkütlesine bağlıdır. Yukarıdaki şekillerde de görüldüğü benzer biçimde aynı cismin değişik sıvılardaki konumları değişik olabilmektedir.Sıvı içindeki özgür cisimlere ağırlık kuvveti ile kaldırma kuvveti tesir eder. Bu iki kuvvet düşey doğrultuda ve zıt yönlü kuvvetlerdir. Cisimlerin sıvı içinde batmaları ya da yüzmeleri şu demek oluyor ki sıvıdaki durumları bu iki kuvvetin ebatlarına bağlıdır.
Şžekil - I de saf su içine atılan yumurta dibe batar. Suya tuz ilave edilerek karıştırıldığında yumurta Şžekil - II deki benzer biçimde yüzmeye başlar. Bunun sebebi suya tuz karıştırıldığında suyun özkütlesinin artması ve F = Vb . d . g bağıntısına nazaran, kaldırma kuvvetinin büyümesi, bundan ötürü bileşke kuvvetin yukarı doğru olması ve yumurtayı yukarı yönde hareket ettirmesidir.
Yüzen Cisimler
Sıvıya bırakılan bir cismin hacminin bir bölümü sıvı haricinde duracak şekilde dengede kalıyorsa bu cisme yüzen cisim denir. Cismin yüzebilmesi için özkütlesi sıvının özkütlesinden ufak dcisim olmalıdır.
Yüzen cisim dengede iken cisme uygulanan kaldırma kuvveti ile cismin ağırlık kuvveti büyüklükçe eşit olur. Bir cisim sıvı içine iyice daldırılıp bırakılırsa yine bir bölümü sıvı haricinde olacak şekilde yüzer. Bu şekilde yüzen cisimlerde G=Fk olduğundan
bağıntısı olur.Bu bağıntıya nazaran cismin batan hacminin tüm hacmine oranı, cismin özkütlesinin, sıvının özkütlesinin oranına eşittir.Askıda Kalan Cisimler
Şžekildeki benzer biçimde hacminin tamamı sıvı içinde olacak şekilde bir yere temas etmeden dengede kalan cisimlere askıda kalan cisimler denir. Cismin askıda kalabilmesi için özkütlesi, sıvının özkütlesine eşit olmalıdır. Bu durumda cisim kabın tabanına bırakılsa dahi cismin tabanla irtibatı kesilir. Kısaca askıda kalan cisim herhangi bir yere temas etmez. Askıda kalan cisim dengede olduğundan cisme uygulanan kaldırma kuvveti cismin ağırlığına G=Fk dır.
Batan Cisimler
Özkütlesi sıvının özkütlesinden büyük olan (dc>ds) cisimler sıvıya bırakıldığında bir engelle karşılaşıncaya kadar yoluna devam ederler. Bu şekilde cisimlere batan cisimler denir.
Batan cisimlerin ağırlık kuvveti cisme tesir eden kaldırma kuvvetinden daha büyüktür. (Fk
Hususi Durumlar
1) Bir cismin aynı sıvı içinde hacminin tamamı batmak şartıyla kaldırma kuvveti cismin sıvı içindeki derinliğine bağlı değildir.2) Sıvı içine daldırılan bir cisim, havadaki ağırlığına nazaran, görünen ağırlığı kaldırma kuvveti kadar hafifler. Şžekilde sıvı içindeki cismin görünen ağırlığı T=G-Fk dır.
3) Katı bir cisim kendi sıvısında yüzüyorsa, cisim eridiğinde sıvı seviyesi değişmez. Mesela 9/10 u su içinde olan buz eridiğinde, kaptaki su düzeyi değişmez.
4) Özkütlesi sıvınınkinden ufak ya da sıvınınkine eşit olan cisimler, taşma seviyesine kadar olan sıvıya bırakıldıklarında ağırlıkları kadar ağırlıkta sıvı taşırırlar. Bu nedenle kabın toplam ağırlığı değişmez.
Özkütlesi sıvınınkinden büyük olan bir cisim bırakılırsa, cisim batar ve taşan sıvının hacmi cismin hacmine eşit olmasına karşın sıvının özkütlesi cismin özkütlesinden ufak olduğundan kap ağırlaşır.
5) Şžekildeki eşit kollu terazinin sol kefesinde gram, sağ kefesinde ise içinde sıvı olan kapla denge sağlanıyor. Bir süre sonra ipe bağlı bir cisim sıvı içine daldırılarak asılıyor. bu durumda cisme sıvı tarafınca kaldırma kuvveti uygulanır (tesir), cisim ise sıvıya aşağı yönlü eşit büyüklükte tepki gösterir. Bu nedenle terazinin dengesi bozulur. Dengenin tekrardan sağlanması için sol kefeye kaldırma kuvvetine değerce eşit ağırlıkta cisim konulmalıdır.
6) Gazlarda, sıvılar benzer biçimde cisimlere kaldırma kuvveti uygular. Bu kaldırma kuvvetinin kıymeti sıvılarda olduğu benzer biçimde cisim tarafınca yeri değiştirilen havanın ağırlığına eşittir. Havanın kaldırma kuvveti Fk=Vc*dhava*g bağıntısından hesaplanır.
•Bir cismin ağırlığı, havanın kaldırma kuvvetinden büyük ise, cisim yere doğru düşer.(Gc>Fk)
•Bir cismin ağırlığı, havanın kaldırma kuvvetine eşit ise, cisim havada askıda kalır.(Gc=Fk)
•Bir cismin ağırlığı havanın kaldırma kuvvetinden ufak ise, cisim yükselir.(Gc
Şžekil - I de hava ortamında eşit kollu terazinin kollarına asılarak hacimleri değişik cisimler dengeleniyor. Hava boşaltıldığında terazi Şžekil - II deki şartları alıyor. Çünkü hava ortamında, hacmi büyük olan cisme daha çok kaldırma kuvveti uygulanır. Hava dışarı alındığında bu kuvvet ortadan kalktığı için hacmi büyük olan cisim aşağı iner.
Eğer havasız ortamda aynı terazi dengelendikten sonrasında hava ortamına çıkarılsaydı, bu durumda da hacmi büyük olan cisim yukarı kalkardı.
7) Kaldırma kuvveti cismin batan kısmının hacim merkezine uygulanır. Şžekilde yarısı sıvıya batmışeşit bölmeli türdeş çubuğun batan iki bölmeli kısmının ortasına kaldırma kuvveti uygulanır.
Sıvıların Kaldırma Kuvveti ve Kullanıldığı Bölgeler
Arşimet prensibi,cisimlerin kendi ağırlıklarının bulunmasında kullanılır.Parmaklarımızı bitiştirip içi su dolu bir kaba batıralım.Elimizi aşağıdan yukarıya doğru iten bir kuvvet hissederiz.Denizde yüzerken de bizi suyun yüzeyine iten bir kuvvet vardır.Çok büyük kütleli ve boyutlu gemiler dahi suda Arşimet prensibi yardımıyla yüzerler.Tüm bu örnekler bize,sıvıların bir kaldırma kuvveti bulunduğunu gösterir.Bu kaldırma kuvvetinin kullanıldığı alanlar ise oldukça fazladır.
İnsanların yiyecek ihtiyacından tutun da,gezinsel faaliyetler için dahi şu anda suyun kaldırma kuvvetinden yararlanılmaktadır:
Bir takım bölgelerde bulunan baraj gölleri,balık bakımından zengindirler.Kayık,kaldırma kuvvetinden yararlanılarak yapılmış olduğundan kayık kullanan bir kısım balıkçılar hem geçimlerini sağlamak hem de insanların gıda ihitiyacını karşılamak için bu yola başvurular.Gene aynı şekilde, kaldırma kuvvetinden yararlanılarak meydana getirilen bir spor da raftingdir.Her yıl binlerce gezgin ülkemize gelmiş olarak bu sporla ilgilenirler.Turistlerin bu konudaki ilgi alanları bununla sınırı olan kalmaz.
Günümüzün yaygın sporlarından Jet-Ski,Sörf,Yelkenli ; turistlerin ilgi odağı olmuştur.
Kaldırma kuvvetini kullanıldığı bir başka alan ise taşımacılıktır.Kıbrıs'ın bir ada olması bakımından oraya meydana getirilen gezilerde su yolu kullanılmaktadır.
Devletimizde bulunan Keban Gölü'nde dahi iki köy içinde gidip gelmek için kayıkla ya da sallar ile ulaşım gerçekleşir.
Her gün binlerce İstanbullu talebe Anadolu ve Avrupa yakasına varabilmek,okullarına yetişebilmek için(köprü olmasına karşın)ucuz ve rahat olduğundan deniz yolunu tercih etmektedirler.
Toprakları deniz kıyısında bulunan ülkeler için su ve su yolları müdafa bakımından büyük ehemmiyet taşır. Kaldırma kuvveti ile su üstünde durabilen binlerce tonluk cenk gemileri yapılarak ülkeler arası güvenlik sağlanır.
Osmanlı Devleti zamanında bir sürü devlet sıcak denizlere açılıp tecim yapmak istemişlerdir.Bundan dolayı de su yolunu kullanmışlar, bundan ötürü da suyun kaldırma kuvvetinden yararlanmışlardır.Böyle ticaretlerini geliştirerek dünyanın sayılı ülkeleri haline gelmek istemişlerdir.İşte Arşimet'in bulmuş olduğu kaldırma kuvvetinden bir sürü devlet kim bilir bu prensibi bilmeksizin ondan yararlanmışlardır.
Netice olarak; suyun bu şekilde bir hususi durumunun bilincinde olmasaydık yaşam bizim için kim bilir çok zor olacaktı. Unutmayalım ki,şu anda yüzüp,denizde gezi ediyorsak, bunlarArşimet'in yardımıyla olmuştur.Bu sebeple bu ilim adamının kıymetini bilmeli,prenisibini en iyi şekilde kullanarak onu geliştirmeye çalışmalıyız.
Kaldırma Kuvvetinin Ölçülmesi
Eğer yukarıdaki deneyi etil alkol ile yapmış olsa idik Vbatan şu demek oluyor ki cismin suya girince değiştirdiği hacim miktarı , sudaki ile aynı olacaktı. Fakat kaldırma kuvveti yalnız Vbatan a bağlı değildir . İçine girmiş olduğu sıvının yoğunluğuna da bağlıdır.
dsu > detil alkol suda daha çok bir kaldırma kuvveti söz mevzusudur.
"Kaldırma kuvveti, cismin sıvıya batan kısmın hacmi yanında batırılmış olduğu sıvının yoğunluğuna da bağlıdır."
Yukarıdaki şekilde 1 kilogram lık cisim suya girince batan kısım kadar su taşırdı. Taşırdığı su miktarı 125 gr dır. Suyun 1 kilogram lık cisme uyguladığı kaldırma kuvveti siyah okun yönünde kuvvet ise 125 gr lık bir kuvvet olmuştur. Cismin ağırlığı ise 1000gr-125gr=875gr dır.
1. Yukarıdaki 1. şekilde Taş havada dinamometre ile ölçülüyor ve 40 N bulunmakta.
2. Durumda suyun içine batırılarak ölçüm yapılıyor ve Dinamometredeki kıymet 25 N okunuyor. Buradan suyun taşa uyguladığı kuvvet 40-25=15 N olarak bulunabilir.
3. Duruda cisim tuzlu suyun içine batırılarak ölçüm yapılıyor.Dinamometredeki kıymet 15 N okunuyor. Buradan suyun taşa uyguladığı kuvvet 40-15=25 N olarak bulunabilir.
Buradan tuzlu suyun cisimlere daha çok kaldırma kuvveti uyguladığı görülebilir. Tuz , suyun yoğunluğunu arttırarak kaldırma kuvvetini arttırmıştır. Denizde daha kolay yüzülmesinin sebebi suyun daha çok kaldırma kuvveti uygulamasıdır.
Sual: Fen dersinden cisimlerin sıvı içindeki durumları
Ileti:
Burdaki fotoğrafta hepsinin aynı sıvı olduğnu farz edersek büyükten küçüğe doğru iyi mi sıralarız?
YORUMLAR