Kaldırma Kuvveti Suyun Kaldırma Kuvveti Arşimet Prensibi Sıvıların Kaldırma Kuvveti

Kaldırma Kuvveti Suyun Kaldırma Kuvveti Arşimet Prensibi Sıvıların Kaldırma Kuvveti Arşimet Prensibi
Kaldırma Kuvveti Suyun Kaldırma Kuvveti Arşimet Prensibi Sıvıların Kaldırma Kuvveti Sıvıların Kaldırma Kuvveti (Arşimet Prensibi)Arşimet tarafından farkedilen ve ileri sürülen bir ilkeyle, suyun kaldırma kuvveti açıklığa kavuşmuştur Su kendi yoğunluğundan da az yoğunluğa sahip olan cisimleri, yüzeyine doğru itmektedir Yoğunluk farklılıklarından ortaya çıkan itme kuvveti etkisiyle cisim yüzmeye başlar Burada her ne kadar gemi ve deniz mühendisliğinin alanına girdiğinden, örnek su olarak alınmışsa da bu ilke sıvılar için genel kuraldır
Yoğunluk karşılaştırması basit şekilde söyle yapılabilir: Elinize alacağınız bir kabı taşana kadar doldurun Tabi önce o kabı da ondan daha büyük olan başka bir kaba koyun Sonrada yüzebilecek herhangi bir cismi kaba atın Büyük kapta biriken taşma suyu, varsa bir ölçekle (çamaşır makinesi toz ölcüsü veya ölçekli şu sürahisi de olur) hacmini, bir teraziylede ağırlığını ölcün Sonra bir bölme işlemiyle ağırlığını, hacme bölün Bulduğunuz o rakam kabaca o cismin yoğunluğunu verir Bu sayı birden küçükse kaba attığınız çisim şu an suda yüzüyor durumdadır Birden büyükse suya batmıştır Anlaşılacağı gibi içme suyu kullandığımız düşünülmüştür ve içme suyunun yoğunluğu 1'dir
Aslında bu doğal olay yüzmenin de nasıl gerçekleştiğini ortaya koyar Arşimet bu deneyi aynı büyüklükteki iki altın parçayı terazinin iki koluna bağlayıp birini suya batırarak yapmıştır Yukarıda açıklanan kendi bulduğu yöntemle altınların ikişide gerçekse yoğunluklarının aynı kalacağını, biri farklı karışımlardan oluşan altınsa yoğunluk farkıyla ortaya çıkacağını ileri sürmüş ve kanıtlamıştır
İlk bilim adamlarından biri olan Archimadas MÖ 287-212 yıllarında Yunanistan’da yaşamıştır Bir rivayete göre, banyosunu yaparken suyu ağzına kadar doldurup içine girmiş ve vücudunun suyu taşırmasıyla çok ilgilenmiştir Bunun üzerine su gibi bir sıvı içine konulan her şeyin yukarı doğru itildiğini ve bu itme kuvvetinin yer değiştiren yani taşan sıvının ağırlığına eşit olduğunu söylemiştir Archimadas yüzen cisimler isimli eserinde şu prensibi ortaya koymuştur Bir sıvının veya gazın içine batırılmış bir cisim, batan bölümünün hacmi kadar yukarıya doğru itilir Cismi kaldıran bu kuvvet yer çekiminin ağırlığı da kuvvet miktarı kadar azalır Arşimed bu prensibinden cisimlerin hacminin hesabında istifade etti Suyun yoğunluğu bir gram/cm3 olduğundan su içine daldırılan bir cisim hacmi kadar ağırlıkla suyu taşırır O halde taşan suyun ağırlığı cismin hacmini verecektir Deniz altıların çalışması Arşimed prensibinin doğruluğunu deneyler gösterdi Örneğin banyodan çıktıktan sonra kol ve bacaklarımızı kurşun gibi ağır hissederiz Bunun sebebi banyo içindeyken vücudun ağırlığını hemen hemen kaybetmesi su tarafından “kaldırılması” dır Her sıvı ya da gaz, içine konan eşyaya kaldırma gücü uygulanır Bir eşya bir sıvı ya da gaz içine konduğu zaman iki şey olur Eşya bir kısım sıvı ya da gazın yerini değiştirir ve bir kısım ağırlığını da kaybeder Deneyler ise yer değiştiren sıvı veya gazın ağırlığının eşyanın ağırlık kaybına eşit olduğunu gösterir Bir deniz altı yer değiştirdiği suyun ağırlığını safra tankları vasıtasıyla kontrol eder Safra tankları boşken (su basınçlı havayla dışarı atılmış olarak) deniz altı kendi ağırlığındaki sudan fazlasına yer değiştirir ve bir gemi gibi denizin üstünde yüzer Safra tankları dolunca ağırlığı, suyun kaldırma gücünden fazla olduğu için dolar Ya da suyun içine, iple bağladığımız bir demir parçasını sarkıtarak, demiri su içinde kolaylıkla aşağı yukarı hareket ettirebiliriz ama sudan çıkardığımız vakit demir çok daha ağırlaşmış gibi gelir Arşimed bunun nedenini açıklamıştır Su gibi bir sıvı içine konulan her şeyin yukarı doğru itildiğini ve bu itme kuvvetinin yer değiştiren yani taşan sıvının ağırlığına eşit olduğunu söylemiştir

ARŞİMED PRENSİBİ
Tamamı veya bir kısmı bir akışkanın (sıvı veya gaz) içine batırılan cisimlere,yukarı doğru, yönlenmiş bir kaldırma kuvveti etki eder Bu kuvvet, cismin akışkana batmasıyla yer değiştiren akışkanın ağırlığına eşittir Yer değiştiren akışkanın hacmi, cismin batan kısmının hacmine eşittir O halde hacmi (V) olan bir cisim, özgül ağırlığı (g) olan bir sıvıya tamamen batmış vaziyette ise, bu cisme etki eden kaldırma kuvveti = F=Vg olur Kısaca bir sıvının, bir cisme uyguladığı kaldırma kuvveti cismin taşırdığı, sıvının ağırlığına eşit olduğu için cisim; batan hacmi kadar sıvı hacmi taşıracağından dolayı aşağıdaki grafik ortaya çıkar Cisim ağırlığı [G] sıvının kaldırma kuvvetinden büyük ise cisim batar Bu durumda cismin özgül ağırlığı (g’) sıvının özgül ağırlığından büyüktür
G G> F, g’>g
Cismin ağırlığı, sıvının kaldırma kuvvetine eşit ise, cisim sıvının içinde her yerde dengede özgül ağırlığına eşittir
G=F , g’=g
Özgül ağırlığı, sıvının özgül ağırlığından küçük olan cisimler ise bir kısmı batmış vaziyette yüzerler
Batan kısmın hacmi (V8) ile gösterilse F = VB g olur
Yüzen cisimler denge halinde olduklarından F=G ‘ dir F=G ,

SU MOLEKÜLÜ
Suyun niteliği anlatılırken tadının ve kokusunun olmadığı söylenir
Ama bir yaz günü içtiğimiz suyun şekerden bile tatlı olduğunu hepimiz biliriz
Her yerde mevcutturBomboş ve taş duvardan yapılmış bir oda içinde dursak bile su vardır
Nerede mi?KendimizdeZira bizlerin % 65’ini su oluşturur
Bu oran patateste %80,domateste %95’e çıkar
Pekçok sıvı madde donduğunda %10 kadar küçülür
Su da öyledir,ama bir bakıma da öyle değildir
Zira tam donma noktasında ilginç bir fiziksel özellik kazanarak genişler
Donma işlemi bitip katılaştığında eskisinden %10 daha hacimlidir
Buzun bu niteliği çok önemlidirZira suyun üzerinde kalmasını sağlar
Sebebi ise sudan daha az yoğun oluşudur
1 dm3 buz,0,9 dm3 kısmı su yüzeyinin altında kalmak üzere suya batar
Batan kısım nedeniyle 0,9 dm3 su ile yer değiştirir
Yer değiştiren su 1 dm3 buzun tamamı kadar ağırlıktadır
Böylece su,buzu,0,1 dm3 kısmı suyun üstünde kalacak şekilde yüzdürür
Tersi olsaydı,yani buz batsaydı,göller ve denizler diplerinden başlayarak donarlardı
Bir oksijen atomu ile ona bağlanan iki hidrojen atomu su molekülü oluşturur
Oksijen yanmayı sağlayan elementtirHidrojenin bizzat kendisi yanıcı özelliktedir
Yanmaya eğilimli bu iki element uygun oranda birleşince ateş söndürücü hale gelmiş olur
Hidrojen atomları oksijen atomlarına sıkıca bağlanırlar
Ama diğer su molekülleri ile de gevşek bağlar kurarlar
Bir su molekülünü işaretleyip onu gözlemlediğimizi düşünelim
Onun bağlı olduğu molekülü bırakıp diğerine bağlandığını görürdük
Kısa bir süre sonra onu bırakıp bir başkasına bağlanacaktırBöyle sürüp gider
Bir bardak içindeki suyun sakin bir şekilde duruyor gözükmesi aldatıcıdır
Oysa içindeki herbir molekül bir saniye içinde milyarlarca defa başka molekülle bağlantı kurar
Moleküllerin birbirleriyle sağlam olmayan bağlantıları aynı zamanda güçlü olmalarını da sağlar
Suyun yüzeyindeki direnç bu nedenle oluşur
Bir su birikintisinin yüzeyindeki moleküller,alt ve yan taraflardaki moleküller ile bağlantılıdır
Ama bunların bağlantıları,üst taraflarındaki hava molekülleri ile oluşturdukları bağlardan daha güçlüdür
Bu bağlılık,bir böceği taşıyabilecek kadar güçlü bir zar yaratır
Eğer yüzme havuzuna karınüstü atlarsak bu zar direnci yüzünden göbeğimiz acır
Bilimadamları yerküredeki su miktarının 1,3 milyar kilometreküp olduğunu söylüyor
Bu miktar sabittir,eksilmez veya artmazBunun büyük kısmı okyanuslara aittir
Nicelik olarak belirtirsek,yeryüzündeki bütün suların %97’si denizlerde bulunur
Geriye kalan %3 miktarındaki su tatlıdır,onun da çoğu buz katmanları halindedir

SIVILARIN KALDIRMA KUVVETİ

Sıvı içinde bulunan bir cisim sıvı tarafından yukarıya doğru itilir Bu itme kuvveti, sıvının kaldırma kuvveti olup cismin sıvı içinde kapladığı hacim kadar hacimdeki sıvının ağırlığıdır

F=Vbatanhacimr=Vbatanhacimdg

Sıvı içine bırakılan bir cisme aynı anda iki kuvvet etki eder:
G=Cismin ağırlığı G=Vdcisimg
F=Sıvının kaldırma kuvveti F=Vdsıvıg

Yüzme Ve Batma Koşulları

I) G>F ise; dc>ds olur Bu durumda cisim batar
II) G=F ise; dc=ds olur Bu durumda cisim sıvı içinde nereye bırakılırsa orada kalır
III) G<F ise; dc<ds olur Bu durumda cisim sıvı içinde yukarıya yükselmeye başlar Cismin bir kısmı sıvı dışına çıkınca cisim dengeye gelir
Bu durumda: G=F olur
Vdcg=Vbatandsg
dc/ds=Vbatan/V=batma miktarı olur

Örneğin, eğer cismin özkütlesi 1g/cm3 sıvının özkütlesi 3g/cm3 ise cismin hacminin 1/3 ü sıvı içine girer
Bir cismin bir kısmı veya tamamı sıvı içinde ise ancak cisim batmamışsa daima cismin ağırlığı sıvının kaldırma kuvvetine eşit alınır

Aynı cisim farklı sıvılarda şekillerdeki konumlarda dengede ise farklı sıvılar cismi daima aynı kuvvetle kaldırır
İki cisim bir sıvıda dengede ise GX+GY=F olur
Bir cisim, birbirine karışmayan X ev Y gibi iki sıvı içinde dengede ise G=FX+FY olur
Cismin hacminin yarısı X,diğer yarısı Y sıvısı içinde ise dcisim=(dX+dY)/2 olur
Serbest bırakıldığında sıvıda batabilecek olan bir cisim iple bağlanarak sıvıya daldırılmış olsun İpteki T gerilme kuvveti T=G-F olur Bu durumda kap G-T=F kadar ağırlaşmış olur
Esnek olmayan cisimler iple şekildeki gibi bağlanmış olsun

T1=G-F ve T2=F-G olur
T
ip gerilmesini değiştirmek için F kaldırma kuvvetini değiştirmek gerekir F’yi değiştirmek için
1Kaptan biraz sıvı dökerek cisimlerin bir kısmının sıvı dışına çıkmasını sağlamak gerekirBu durumda cismin sıvı içindeki hacmi azaltılmış olurVeya;
2Kaptaki sıvının özkütlesini değiştirmek gerekir

İçi hava dolu esnek balon iple kabın tabanına bağlı olsun Bu durumda T=F-G olur İpteki gerilme kuvvetini değiştirmek için F kaldırma kuvvetini değiştirmek gerekir F’yi değiştirmek için;
1Sıvının özkütlesini değiştirilmelidirVeya;
2Sıvının balona yaptığı basınç değiştirilmelidirBasın artarsa,balonda içindeki havanın basıncını artırma için hacmini azaltmak zorunda kalır

SIVILARIN KALDIRMA KUVVETİ VE KULLANILDIû�I YERLER

• Sıvıların Kaldırma Kuvveti Nedir?
Sıvıların içine batırılan cisimler,yukarıya doğru itilirler ve ağırlıklarından kaybederlerBunun nedeni sıvıların kaldırma kuvvetidirKaldırma kuvvetinin varlığı ,Arşimet adlı bilim adamı
tarafından bulunmuştur

Bütün sıvılar içlerinde bulunan maddeye kaldırma kuvveti uygularlar Bu kuvvet cismin akışkan içindeki hacmine ve akışkanın yoğunluğuna bağlıdır Sıvı ne kadar yoğunsa uygulanan kaldırma kuvveti de o kadar fazladır Bu yüzden suyun kaldırma kuvvetini suya girdiğimizde hissederiz ama havanın bize herzaman uyguladığı kaldırma kuvvetini çok az olduğundan dolayı hissedemeyiz Bu bağlamda da sıvıların kaldırma kuvvetinin yoğunluğa da bağlı olduğunu söyleyebiliriz

• Arşimet Prensibi:
Bir sıvı içindeki katı cisim,taşırdığı sıvının ağırlığına eşit bir kuvvet ile yukarıya itilirÜnlü bir deneyde Arşimet,aynı kütledeki altın bir taç ile bir altın külçesinin taşıracakalrı su miktarlarının aynı olması gerektiğini ileri sürmüş ve dediği çıkmayınca tacın altın olup olmadığını anlamıştır

• Kullanıldığı Yerler:
Arşimet prensibi,cisimlerin kendi ağırlıklarının bulunmasında kullanılır
Parmaklarımızı bitiştirip içi su dolu bir kaba batıralımElimizi aşağıdan yukarıya doğru iten bir kuvvet hissederizDenizde yüzerken de bizi suyun yüzeyine iten bir kuvvet vardırÇok büyük kütleli ve boyutlu gemiler bile suda Arşimet prensibi sayesinde yüzerlerBütün bu örnekler bizlere,sıvıların bir kaldırma kuvveti olduğunu gösterirBu kaldırma kuvvetinin kullanıldığı alanlar ise oldukça fazladır

İnsanların yiyecek ihtiyacından tutun da,turistik faaliyetler için bile şu anda suyun kaldırma kuvvetinden yararlanılmaktadır:

Bazı bölgelerde bulunan baraj gölleri,balık bakımından zengindirlerKayık,kaldırma kuvvetinden yararlanılarak yapılmış olduğu için kayık kullanan bir kısım balıkçılar hem geçimlerini sağlamak hem de insanların besin ihitiyacını karşılamak için bu yola başvurularYine aynı şekilde, kaldırma kuvvetinden yararlanılarak yapılan bir spor da raftingdirHer yıl binlerce turist ülkemize gelerek bu sporla ilgilenirlerTuristlerin bu konudaki ilgi alanları bununla sınırlı kalmaz

Günümüzün yaygın sporlarından Jet-Ski,Sörf,Yelkenli ; turistlerin ilgi odağı olmuştur
Kaldırma kuvvetini kullanıldığı bir diğer alan ise taşımacılıktırKıbrıs'ın bir ada olması bakımından oraya yapılan gezilerde su yolu kullanılmaktadır

Ülkemizde bulunan Keban Gölü'nde bile iki köy arasında gidip gelmek için kayıkla veya sallar ile ulaşım gerçekleşir

Her gün binlerce İstanbullu öğrenci Anadolu ve Avrupa yakasına varabilmek,okullarına ulaşabilmek için(köprü olmasına rağmen)ucuz ve rahat olduğu için deniz yolunu tercih etmektedirler

Toprakları deniz kıyısında bulunan ülkeler için su ve su yolları savunma bakımından büyük önem taşır Kaldırma kuvveti ile su üzerinde durabilen binlerce tonluk savaş gemileri yapılarak ülkeler arası güvenlik sağlanır

Osmanlı Devleti zamanında bir çok devlet sıcak denizlere açılıp ticaret yapmak istemişlerdirBunun için de su yolunu kullanmışlar, dolayısıyla da suyun kaldırma kuvvetinden yararlanmışlardırBu şekilde ticaretlerini geliştirerek dünyanın sayılı ülkeleri haline gelmek istemişlerdirİşte Arşimet'in bulduğu kaldırma kuvvetinden birçok devlet belki de bu prensibi bilmeden ondan yararlanmışlardır

Sonuç olarak;suyun böyle bir özelliğinin farkında olmasaydık hayat bizim için belki de çok zor olacaktı Unutmayalım ki,şu anda yüzüp,denizde seyahat ediyorsak, bunlarArşimet'in sayesinde olmuşturBu yüzden bu bilim adamının kıymetini bilmeli,prenisibini en iyi şekilde kullanarak onu geliştirmeye çalışmalıyız