Sıvılar Cisimlere Kaldırma Kuvveti Uygular (Konu Anlatımı)

Sıvılar Cisimlere
Kaldırma Kuvveti Uygular (Konu Anlatımı)




[Resimleri görebilmek için üye olun veya giriş yapın.]

Deniz, göl ve
akarsularda büyüklükleri ve cinsleri birbirinden farklı olan pek çok
cisim görürüz. Bu cisimlerin kimi su yüzeyinde yüzer, kimi su içerisinde
farklı derinliklere iner, kimi de dibe batar. Cisimlerin sudaki
konumlarını belirleyen etkinin cevabını 2200 yıl önce Archimedes
(Arşimet) vermiştir. Rivayete göre Archimedes bir gün banyo yapmak için
su dolu bir küvete girer. Küvetin kenarlarından taşan suyu görünce, bu
suyun ağırlığı ile kendi vücut hacminin suda kalan kısmı
arasında bir ilişki olabileceğini düşünür ve cisimlerin bir sıvıda
yüzmesi ya da batmasıyla ilgili bir sonuca ulaşır.



[Resimleri görebilmek için üye olun veya giriş yapın.]



Havada uçan balonlara,
uçurtmalara, kuşlara ve uçaklara olduğu gibi suda yüzen balıklara,
gemilere ve kayıklara da Dünya'nın
merkezine doğru (aşağı yönde)
şekildeki gibi bir çekim kuvvetinin etki eder. Dolayısıyla cismin,
sıvadaki ağırlığı havadaki ağırlığından, sıvının uyguladığı kaldırma
kuvveti kadar azalmış olur. Sıvı içerisine bırakılan herhangi
bir cisme görüldüğü gibi değişik yönlerde ve farklı büyüklüklerde itme
kuvvetleri etki eder.



[Resimleri görebilmek için üye olun veya giriş yapın.]







Eğer yukarıdaki
deneyi etil alkol ile yapmış olsa idik V_batan yani
cismin suya girince değiştirdiği hacim miktarı , sudaki ile aynı
olacaktı. Fakat kaldırma kuvveti sadece V_batan a bağlı
değildir . İçine girdiği sıvının yoğunluğuna da bağlıdır.

d_su > d_etil
alkol suda daha fazla bir kaldırma kuvveti söz konusudur.



"Kaldırma
kuvveti, cismin sıvıya batan kısmın hacmi yanında batırıldığı
sıvının yoğunluğuna da bağlıdır."





[Resimleri görebilmek için üye olun veya giriş yapın.]



Yukarıdaki şekilde 1 kg
lık cisim suya girince batan kısım kadar su taşırdı. Taşırdığı su
miktarı 125 gr dır. Suyun 1 kg lık cisme uyguladığı kaldırma kuvveti
siyah okun yönünde kuvvet ise 125 gr lık bir kuvvet olmuştur. Cismin
ağırlığı ise 1000gr-125gr=875gr dır.

[Resimleri görebilmek için üye olun veya giriş yapın.]



Yukarıdaki şekilde Taş
havada dinamometre ile ölçülüyor ve 40 N bulunuyor.

2. Durumda suyun içine
batırılarak ölçüm yapılıyor ve Dinamometredeki değer 25 N okunuyor.
Buradan suyun taşa uyguladığı kuvvet 40-25=15 N olarak bulunabilir.

3. Duruda cisim tuzlu
suyun içine batırılarak ölçüm yapılıyor.Dinamometredeki değer 15 N
okunuyor. Buradan suyun taşa uyguladığı kuvvet 40-15=25 N olarak
bulunabilir.

Buradan tuzlu suyun
cisimlere daha fazla kaldırma kuvveti uyguladığı görülebilir. Tuz ,
suyun yoğunluğunu arttırarak kaldırma kuvvetini arttırmıştır. Denizde
daha kolay yüzülmesinin sebebi suyun daha fazla kaldırma kuvveti
uygulamasıdır.

Örnek Uygulamalar 1

[Resimleri görebilmek için üye olun veya giriş yapın.]

Şekildeki farklı
maddelerden yapılmış, eşit hacimli 1.2.3.4. katı cisimleri şekilde ki
gibi suyun içinde dengededir.
a)Suyun bu cisimlere uyguladığı
kaldırma kuvvetlerini karşılaştırınız.

Fk=Cisme Uygulanan
Kaldırma Kuvveti

Vb=Cismin batan kısmının
Hacmi

ds=Suyun veya sıvının
yoğunluğu
Fk=Vb*ds*g dir
Bu
durumda g ve ds yı tüm cisimler için aynı değeri ifade ettiği için
ihmal edebiliriz. Vb kısmı büyük olan cisimlerin Fk larıda büyüktür.
2.
ve 3. cisimlerin su içindeki hacimleri eşit olduğu için Fk2=Fk3 dir. ve
Fk1 ve Fk4 ten büyük değer alırlar.
Dolayısı ile Fk2=Fk3>
Fk1> Fk4 dür.

b)Hangi cisimlerin kaldırma kuvveti
ağırlığına eşit olur?
Yüzen ve askıda kalan her cismin
ağırlığı kaldırma kuvvetine eşittir.
Buradan G1= Fk1 , G3= Fk3 , G4=
Fk4 fakat G2>Fk2 dir.

c)Cisimleri yoğunluklarına göre
nasıl sıralarız?
Cisimler yoğunluklarına göre sıralarken az
yoğun olanın sürekli çok yoğun olanın üstüne çıktığını bilmek
gereklidir. Buradan hareketle d2>d3>d1>d4 diyebiliriz.


Örnek Uygulamalar 2



[Resimleri görebilmek için üye olun veya giriş yapın.]



Eşit bölmeli şekildeki
1,2,3,4 numaralı cisimler dengededir.
a)Hangi cisimlere
etkiyen kaldırma kuvvetleri eşittir?
Burada yine Fk=Vb*ds*g
dir
Bu durumda g ve ds yı tüm cisimler için aynı değeri ifade ettiği
için ihmal edebiliriz. Vb kısmı büyük olan cisimlerin Fk larıda
büyüktür.
1. cisim Fk1=3V
2. cisim Fk2=4V
3. cisim Fk3=2V
4.
cisim Fk4=2V dir dolayısı ile Fk3= Fk4 diyebiliriz.



b)Çözeltiye tuz
katılırsa cisimlere uygulanan kaldırma kuvveti nasıl değişir?
Hiçbirinin
kaldırma Kuvveti değişmez çünkü tuz katınca suyun yoğunluğu artar.
Fakat aynı oranda cisimlerin suya batan kısımlarının hacimleri azalır.
Buda Fk=Vb*ds*g dir eşitliğinde bir değişime sebep olmaz. Dolayısı ile
yine her cisme uygulanan kaldırma kuvveti tuz katılmadan önceki değeri
alır ve değişmez iken suya bata kısımların hacimleri azalıp suyun
yoğunluğu artar.



Örnek Uygulamalar 3



Aşağıdaki şekilde havası
boşaltılmış fanusta farklı hacimlerdeki iki cisim şekildeki gibi
dengededir. Şekildeki havası boşaltılmış fanusa hava verildiğinde son
durum ne olur?


[Resimleri görebilmek için üye olun veya giriş yapın.]





Havasız ortamda sistemin
dengede kalması 1. ve 2. cisimlerin ağırlıklarının eşit olduğu anlamına
gelir. Fanusa hava verildiğinde hava 1. ve 2. cisimlere kaldırma
kuvveti uygular. Hava tarafından hacmi büyük olan 1. cisme daha fazla
kaldırma kuvveti uygulanır.. Bunun sebebi aynı kütleye sahip olan iki
cisimden 1. sinin hacminin büyük olması nedeni ile daha düşük yoğunluğa
sahip olmasıdır. Dolayısı ile Fanusa hava verildiğinde sistem aşağıdaki
şekli alır.


[Resimleri görebilmek için üye olun veya giriş yapın.]



Örnek Uygulamalar 4




[Resimleri görebilmek için üye olun veya giriş yapın.]

Yukarıdaki şekilde saf su
bulunan kaptaki sıvı içine tuz katarsak kapta bulunan cisimlerin son
durumları için ne söyleyebiliriz.



[Resimleri görebilmek için üye olun veya giriş yapın.]


Bir sıvıya tuz
katılması o sıvının yoğunluğunu arttırır. Bunun sebebi tuz
moleküllerinin su molekülleri içindeki boşluklara dağılarak ağırlığını
arttırdığı orandan daha az hacmini arttırmasıdır. Sıvının yoğunlunun
artması sarı cisim için kaldırma kuvvetinde bir değişikliğe sebep olmaz
iken pembe cisimde cisme uygulana kaldırma kuvveti artar.

Pembe Cisim İçin Sıvının
Cisme Uyguladığı Kaldırma Kuvveti

Fk tuzsuz
durum

Ayrıca bu durum
için Fk tuzlu durum= Cismin Agırlığı

Sarı Cisim İçin Sıvının
Cisme Uyguladığı Kaldırma Kuvveti
Fk tuzsuz durum= Fk
tuzlu durum= Cismin Agırlığı



Örnek Uygulamalar 5

[Resimleri görebilmek için üye olun veya giriş yapın.]

Şekildeki uçan balonu havaya
bıraktığımızda balonumuzun başına neler gelir?



Atmosferde
yukarı doğru çıkıldıkça açık hava basıncı azalır. Balonun içindeki
basınç ile açık hava basıncı arasındaki denge Balonun içindeki basınç
lehine bozulduğu için balonun hacmi artar. Belli bir yükseklikten sonra
balonun plastiği bu hacim genişlemesine dayanamayarak patlar. Kafanıza
gökten patlak balon düşerse hiç şaşırmayın.

Örnek Uygulamalar 6
[Resimleri görebilmek için üye olun veya giriş yapın.]

Şekildeki 1 numaralı
kapta V hacminde sıvı vardır. Bu sıvının yoğunluğu (Özkütlesi) d dir. Bu
kaba aynı sıvıdan V hacminde ilave edildiğinde sıvının son durumda ki
yoğunluğu (Özkütlesi) ne olur?


Bir cismin kütlesi arttığı
zaman aynı oranda hacmide artar. Bu da o cismin yoğunluğu (Özkütlesi) nu
değiştirmez. Birinci durumda d=m/V ise ikinci durumda d=2m/2V dir yine
bu iki değer sadeleştirmeler ile aynı değer olan d=m/V yi alır. Tüm
okyanusun yoğunluğu ile bu okyanustan alınan bir damla suyun yoğunluğu
aynıdır. Tonlarca ağırlığındaki bir kaya parçasının yoğunluğu ile bu
kaya parçasından alınan mercimek büyüklüğündeki 2 gr katanın yoğunluğu
her yerinde aynı özelliği taşıdığı taktirde aynıdır.

Örnek Uygulamalar 7



[Resimleri görebilmek için üye olun veya giriş yapın.]

Şekildeki yuvarlak cismi
yandaki kapta bulunan sıvının içine attığımız taktirde bu sıvı bu cisme
bir kaldırma kuvveti Fk uygular. Bu kaldırma kuvvetini nasıl
hesaplayabiliriz?



[Resimleri görebilmek için üye olun veya giriş yapın.]


Bir cisme uygulanan kaldırma
kuvveti Fk yer değiştiren veya taşan sıvının ağırlığına eşittir. Eğer
biz yukarıdaki gibi bir sitem kurar ve taşan veya yer değiştiren sıvının
ağırlığını hesaplayabilirsek kap içindeki sıvının cisme uyguladığı
kaldırma kuvvetini de bulmuş oluruz.


Örnek Uygulamalar 8

[Resimleri görebilmek için üye olun veya giriş yapın.]

Şekildeki sistem dengede
olduğuna göre dinamometre de okunan değer neye eşittir?

Burada 3
adet kuvvet söz konusudur. Bunlar cismin ağırlığı, sıvının kaldırma
kuvveti ve dinamometrenin ölçtüğü değerdir. Cismin ağırlığı aşağı doğru,
sıvının kaldırma kuvveti ve dinamometrenin ölçtüğü değer ise yukarı
doğrudur. Sistem dengede olduğuna göre
Cismin ağırlığı =sıvının
kaldırma kuvveti + dinamometrenin ölçtüğü değer
dinamometrenin
ölçtüğü değer = Cismin ağırlığı - sıvının kaldırma kuvveti dir.


Fatih Akyüz tarafından
hazırlanmıştır.




Alıntıdır.