Bazı cisimlerin neden yüzerken bazılarının battığını hiç merak ettiniz mi? Bir sıvıdaki her nesnenin sıvıdan yukarı doğru bir kuvvete maruz kaldığını biliyor muydunuz? Kazın ve daha fazlasını öğrenelim.
ÖĞRENME HEDEFLERİ
Bu konunun sonunda sizden beklenenler;
GİRİİŞ
Bir sıvıdaki tüm nesneler, ister batık ister yüzer durumda olsunlar, sıvıdan yukarı doğru bir kuvvet uygular. Bu yukarı doğru kuvvet, yukarı itme kuvveti olarak adlandırılır. Yukarı itme kuvveti aynı zamanda kaldırma kuvveti olarak da adlandırılır ve “u” harfi ile gösterilir.
ARŞİMET PRENSİBİ
Arşimet adlı bir Yunan bilim adamı, sıvı içindeki bir nesne üzerindeki yukarı itmeyi ölçmek için ilk deneyleri yaptı. Arşimet ilkesi, "bir cisim bir sıvıya tamamen daldırıldığında, yer değiştiren sıvının ağırlığına eşit yukarı doğru bir kuvvete maruz kalır" der.
Bir katı bir sıvıya daldırıldığında, bu katı üzerindeki yukarı itme, yer değiştiren suyun ağırlığına eşit olacaktır.
Örneğin, hacmi 60 cm3 ve havada 4.80 N ağırlığındaki bir metal blok bir sıvı içerisine daldırılmıştır. Yoğunluğu 1200 kgm -3 olan bir sıvıya tamamen daldırıldığında bloğun ağırlığını belirleyin.
Çözüm
Yer değiştiren sıvının hacmi = 60cm3 = 6.0 × 10 -5 m3 .
Yer değiştiren sıvının ağırlığı = hacim x yoğunluk 6,0 × 10 -5 × 1200 × 10 = 0,72 N
Yukarı itme = yer değiştiren sıvının ağırlığı. Bloğun sıvı içindeki ağırlığı = 4,80 – 0,72 = 4,08 N
YÜZEN NESNELER
Sıvılarda yüzen cisimler, içinde yüzdükleri sıvılardan daha az yoğundur. Yer değiştiren sıvının ağırlığı ile cismin ağırlığı arasındaki ilişki belirlenebilir.
Yeri değiştirilen sıvının ağırlığı, havadaki bir bloğun ağırlığına eşittir. Bu, "bir cismin kendi ağırlığının yerini değiştirdiğini" belirten yüzme yasasıyla tutarlıdır. Bu ilişki matematiksel olarak aşağıda gösterildiği gibi temsil edilebilir;
Ağırlık = hacim x yoğunluk x yerçekimi = v × ρ × g
W = vd × ρ × g burada vd, yer değiştiren sıvının hacmidir.
Yüzdürmenin Arşimet ilkesinin özel bir türü olduğuna dikkat edin. Bunun nedeni, yüzen bir cismin yukarı itme kuvveti cismin ağırlığına eşit olana kadar batmasıdır.
BAĞIL YOĞUNLUK
Bağıl yoğunluk, bir maddenin yoğunluğunun suyun yoğunluğuna oranı olarak kurulmuştur. Yüzdürme yasasına göre, bir cisim kendi ağırlığına eşit bir sıvının yerini değiştirir, bu nedenle aşağıdaki matematiksel ifadeler kurulabilir.
Bağıl yoğunluk = \(\frac{\textrm{ density of substance}}{\textrm{density of water}}\) = \(\frac{\textrm{weight of substance}}{\textrm{weight of equal }volume of water}\) = \(\frac{\textrm{mass of substance}}{\textrm{mass of equal volume of water}}\)
BAĞIL YOĞUNLUK VE ARŞİMED PRENSİPİNİN UYGULAMALARI
1. Gemiler . Hiç merak ettiniz mi demir iğne hemen suya batar da büyük bir gemi batmaz? Cevap Arşimet prensibidir. Çivi batar çünkü yer değiştiren suyun ağırlığı iğneninkinden daha azdır - demirin yoğunluğu suyunkinden daha fazladır. Gemi yapımında Arşimet prensibi uygulanır. Geminin yer değiştiren sudan daha hafif olması için geminin büyük bölümlerinin içi boş bırakılmıştır. Yer değiştiren suya eşit büyüklükte bir kaldırma kuvveti gemiyi su üstünde tutar.
2. Denizaltılar . Bir denizaltı suda yüzebilir ve aynı zamanda suya daldırılabilir. Bu, balast ve sıkıştırılmış tanklarla sağlanır. Balast tankı su ile dolduğunda denizaltı su altında kalır. Bunun nedeni, yer değiştiren sudan daha yüksek bir yoğunluğa sahip olmasıdır. Balast tankındaki su sıkıştırılmış tank yardımıyla dışarı atıldığında, denizaltının yoğunluğu yer değiştiren suyun yoğunluğundan daha az düşer. Bu nedenle denizaltı yüzebilir.
3. Sıcak Hava Balonları . Balonu çevreleyen hava balondan daha fazla ağırlığa sahip olduğunda balon havada yükselir. Ağırlık eşit olduğunda balon sabit kalır.
4. Hidrometreler . Bu, sıvıların özgül ağırlığını veya ağırlığını ölçmek için kullanılan bir araçtır. Daha geniş tabanlı ampul şeklindeki içi boş bir cam tüpten yapılmıştır ve her iki ucu da kapatılmıştır. Bir sıvının özgül ağırlığını elde etmek için bir sıvıya batırılan hidrometrenin seviyesi ve hidrometre tarafından yeri değiştirilen su ölçülür. Hidrometre daha derine inerse, numune zeminin daha az özgül ağırlığa sahip olduğunu gösterir.
