|
Tekneler Nasıl Yüzer?
|
|
Bir tekne suya indirildiğinde suyu yanlara iter yani suyun yerini değiştirir. Su da buna kaldırma kuvveti ile cevap verir. Kaldırma kuvvetinin büyüklüğü, yeri değiştirilen suyun ağırlığına bağlıdır. Bir cismin yüzebilmesi için, yerini değiştirdiği suyun kaldırma kuvvetinin en azından cismin ağırlığına eşit olması gerekir. Bir cismin yerini değiştirdiği suyun miktarı, o cismin biçimine bağlıdır. Örneğin çamurdan yapılmış bir top batar, ama eğer bu topa içi boş bir kâse biçimi verirseniz yüzer. Çamurun biçimini değiştirerek onun terini değiştirdiği su miktarını artırmış olursunuz. Tekne yapımcılarının yaptığı da işte budur. Çelik bir levha batar ama çelikten yapılmış bir gemi yüzer.
SU, IÇINDEKI HER CİSMİ YÜZDÜREMEZ
Sıvılar, içine batırılan cisimleri yukarı doğru iterler. Bu itme kuvvetine, sıvıların kaldırma kuvveti denir.
Balıkların su içinde, gemilerin ve kayıkların su üstünde yüzmesi suyun kaldırma kuvvetinin en güzel göstergesidir. Elimizle bir suya batırmaya çalıştığımızda da, suyun şişeyi yukarı doğru ittiğini rahatça gözlemleyebiliriz.
Sıvıların Kaldırma Kuvveti Nelere Bağlıdır?
Sıvıların cisimlere uyguladığı kaldırma kuvveti, sıvının,
a. öz kütlesine (ds), (yoğunluğuna)
b. batan cismin hacmine (Vb),
c. yer çekimi ivmesine (g) bağlıdır.
- Bir cismi, önce havada, sonra su ve alkol içinde ayrı ayrı tartarak, kaldırma kuvvetinin sıvıların öz kütlesine bağlı olduğunu gözlemleyebiliriz. Cismin sudaki ağırlığı havadaki ağırlığından küçüktür. Çünkü su, cisme kaldırma kuvveti uygular. Alkolün yoğunluğu suyun yoğunluğundan daha az olduğu için, cisim alkol içinde sudakine göre biraz daha ağır gelir.
Sıvıların Kaldırma Kuvvetinin Ölçülmesi
Bir dinamometre ile bir taşı önce havada tartalım, ardından dereceli silindirdeki su içinde tartalım.
Cismin havadaki ağırlığından sudaki ağırlığını çıkardığımızda, suyun cisme uyguladığı kaldırma kuvvetini bulabiliriz. Aynı zamanda dereceli silindirde yükselen su seviyesinden taşın hacmini de bulabiliriz.
Archimedes Prensibi
Archimedes (Arşimet) Prensibine göre, bir cisme sıvı tarafından uygulanan kaldırma kuvveti, cismin sıvı içine batan kısmına denk hacimdeki sıvının ağırlığına eşittir.
Dolayısıyla sıvı içindeki bir cisme uygulanan kaldırma kuvvetini hesaplamak için, cismin sıvıya batan hacmini ve sıvının yoğunluğunu bilmek gerekir.
Şekildeki deneylerde suyun cisme uyguladığı kaldırma kuvvetinin, cismin taşırdığı suyun ağırlığına eşit olduğu görülüyor. Taşan sıvının ağırlığı hesaplanarak kaldırma kuvveti bulunabilir.
|
ÖRNEK:
Kütle ve hacimleri aşağıda verilen cisimlerden hangisi yağın içine batar? (dyağ=900 kg/m3)
A) m = 600 kg V = 1 m3
B) m = 400 kg V = 0,4 m3
C) m = 300 kg V = 0,6 m3
D) m = 32 kg V = 0,04 m3
ÖRNEK:
Öz kütlesi bilinmeyen bir cisim alkole bırakılınca, cismin %40’ý alkol içinde kalacak şekilde yüzüyor.
Cismin ağırlığı 3,2 N ise, hacmi nedir? (dalkol=800 kg/m3)
ÖRNEK:
Yandaki sistemde A cisminin ağırlığı 300 N, B cisminin ağırlığı 60 N’dur.
Sistem dengede olduğuna göre, A cisminin suya batan hacmi kaç dm3’tür? (dsu= 1000 kg/m3)
ÖRNEK:
Ali, K cismini suya bıraktığında cisim suya batıyor, fakat aynı cisim X sıvısında yüzüyor. Rıza L cismini suya bıraktığında cisim suda yüzüyor, fakat Y sıvısına bıraktığında sıvıya batıyor.
Bu deneyleri yapan Ali ve Rıza aşağıdaki sonuçlardan hangisini çıkaramaz?
A) K cismi L cisminden daha yoğundur.
B) L cismi X sıvısında batar.
C) X sıvısı Y sıvısından daha yoğundur.
D) K cismi Y sıvısına batar.
KUVVET VE BASINÇ
Ekmek keserken, meyve soyarken, bıçağın keskin kısmını kullanırız. Aynı kuvveti uygulasak da bıçağın kalın tarafıyla ekmeği kesemez, meyveyi soyamayız. Zeytine kaşık batırmak çok zordur, ama çatalı az bir kuvvet uygulayarak zeytine batırabiliriz. Çiviyi tersten tahtaya çakamayız, ama az bir kuvvetle çiviyi sivri tarafından tahtaya çakabiliriz. Karda, kayakla batmadan yürüyebiliriz, ama ayakkabıyla batmadan yürüyemeyiz. Bütün bu örneklerden de görüldüğü gibi, bir yüzeye uygulanan kuvvetin büyüklüğü gibi, kuvvetin uygulandığı yüzeyin büyüklüğü de önemlidir. Kuvvet, etki ettiği yüzeyde bir basınç oluşturur. Birim yüzeye etki eden dik kuvvete basınç denir.
Basınç formülle şu şekilde gösterilir:
Burada P, basınç; F, kuvvet; S de yüzey alanını gösterir.
P ve S harfleri İngilizce deki basınç ve yüzey kelimelerinin baş harflerinden gelir.
Basınç: P
Yüzey: S
1 N’luk bir kuvvetin 1 m2’lik yüzeye yaptığı basınç,
Birimine 1 Paskal denir ve kısaca Pa ile gösterilir.
Bütün cisimler, üzerinde durdukları yüzeye ağırlıklarından dolayı bir basınç uygular.
Kuvvet, Yüzey ve Basınç İlişkisi
Bağıntıdan da görüleceği gibi, kuvvet aynı kalmak şartıyla, yüzey büyürse basınç değeri küçülür.
Taban yüzeyinin büyütülmesi araç ve gereçlerin daha az basınç uygulamasını sağlar.
Bunun günlük hayatta pek çok uygulaması vardır.Ağır iş makinelerinin tekerlek veya paletlerinin geniş olması toprağa batmadan ilerlemelerini sağlar.
Traktörler, arka tekerlekleri geniş olduğu için, toprağa batmazlar. Kayakların geniş yüzeyli olması, kara batmayı önler.
İğne ve raptiyenin başlarının geniş yüzeyli olması elimize batmaları önler. Kamyonların tekerlek sayısının çok olması basıncı düşürür. Kamyonun toprağa batmasını önler, hareketi kolaylaştırır. Trenlerin tekerlek sayısının çok olması basıncı düşürür. Rayları bozmadan hareket etmeyi sağlar. Sandalye, koltuk, masa, dolap gibi mobilyaların ayaklarının geniş yüzeyli yapılması basıncı azaltıp halıda iz bırakmayı önler.
Aynı kuvvet için yüzeyin küçültülmesiyle basıncın büyütülmesine çevremizden değişik örnekler verebiliriz.
Tüm delici ve kesici aletlerin sivri uçlu yapılması, örneğin; bıçak, jilet, çivi, iğne ve raptiyenin sivri uçlu olması basıncı büyütmek içindir.
Futbol ayakkabısının altında çıkıntılar olması, traktör ve iş makinelerinin tekerleklerinin çıkıntıları basıncı büyütüp zemine tutunmayı sağlar. Fakat bunların dişleri kısadır, dolayısıyla çok derine batmaz, sadece toprağın yüzeyine tutunurlar.
Çatalların sivri uçlu olması, basıncı büyütür.Böylece çatallar, yiyeceklere rahatça saplanır.
Raptiyenin ucu ince, başı geniş yüzeylidir. Raptiye parmaklar arasında sıkıştırıldığında raptiyenin ucundaki basıncın, baş kısmındaki basınca göre daha büyük olduğu anlaşılabilir.
Fillerin ağırlığı çok büyük olmasına rağmen, ormanda yumuşak zemine batmazlar çünkü ayaklarının taban alanı geniştir. Aynı şekilde deve, inek, ayı, gergedan gibi hayvanların geniş yüzeyli ayakları bu hayvanların yumuşak toprağa batmasını önler.
Birçok kuşun gagasının sivri uçlu olması uç kısmında basıncın büyümesine sebep olur. Bu da kuşların yiyeceklerinin içini oymalarını kolaylaştırır.. Kuş gagalarının sivri olması havada uçarken havayı yarıcı bir etki yapar.
Kuşlara benzer şekilde uçakların burunları da sivri yapılmıştır.
Katılarda Kuvvetin İletilmesi
Katılar, üzerlerine uygulanan kuvveti aynen iletir.
Şekilde görüldüğü gibi bir çekiçle çiviye vurulduğunda, çivi başında ve çivi ucunda kuvvet aynı olur. Fakat, çivi ucu çivi başından daha küçük olduğu için uçtaki basınç baştaki basınçtan daha büyüktür.
Basınç Birimleri
SI (uluslar arası standartlar) birim sisteminde basınç birimi Paskal’dır ve Pa ile gösterilir.
Dünyayı saran atmosfer, ağırlığından dolayı yere bir kuvvet uygular. Atmosferin deniz seviyesinde 1 m2’lik bir yüzeye uyguladığı basınç 101300 Pa’dır. Bu basınç değeri 1 atmosfer olarak kabul edilir ve 1 atm ile gösterilir.
1 atm = 101 300 Pa. Bu değer, hesap kolaylığı olması için, 1 atm = 100 000 Pa = 105 Pa olarak alınabilir.
Meteoroloji raporlarında hava basıncını ifade etmek için bar ve milibar kullanılır.
1 bar = 105 Pa, 1 bar = 1000 mbar
1 atm = 101 300 Pa
101 300 Pa = 1,013 bar = 1013 mbar
1 atm = 1013 mbar
1013 mbar’dan küçük olan basınçlara, alçak basınç denir.
1013 mbar’dan büyük olan basınçlara, yüksek basınç denir.
Ayrıca, 1 atm basınç, deniz seviyesinde 0°C’de bir cam boru içinde 76 cm yüksekliğindeki cıva sütununun yaptığı basınca eşittir.
SIVIYA BASINÇ UYGULA, HER TARAFA İLETSiN
Sıvı molekülleri arasındaki boşluk, katılarınkine göre biraz fazladır. Fakat yine de aralarındaki boşluk oldukça azdır. Sıvı maddeler sıkıştırıldığında hacimlerindeki değişme dikkate alınmayacak kadar küçüktür. Bu sebeple sıvılar sıkıştırılamaz kabul edilir. Bunu, içine su doldurulmuş şırınganın pistonunu sıkıştırarak gözlemleyebiliriz. Şekli inceleyin.
Sıvı moleküllerinin bir biri üzerinde kayarak hareket etmeleri, onlara akışkanlık özelliği kazandırır.
Sıvıların basıncı iletmesi
Katılar, üzerlerine uygulanan kuvveti kuvvet doğrultusunda iletir. Sıvıları katılardan ayıran önemli özelliklerden biri, üzerlerine uygulanan basıncı her yöne iletebilmeleridir.
İçine su doldurulmuş bir balonu şekildeki gibi iki elimizle tutup bir tarafından bastırdığımızda diğer tarafta bir itilme hissederiz. Bu deney bize kapalı kapta bulunan sıvıların, basıncı kabın içindeki her noktaya ilettiğini gösterir.
Bunu içi su dolu bir pet şişeyi elimizle tutup, üst tarafından sıkıştırdığımızda da gözlemleyebiliriz.
Sıvılar üzerlerine uygulanan basıncı her doğrultuda ve eşit büyüklükte iletirler. Suyun bu özelliğini ilk kez Fransız bilgin “Paskal” bulduğu için buna “Paskal Prensibi” denir.
Paskal Prensibi:
Kapalı bir kaptaki sıvının herhangi bir noktasına uygulanan basınç, kabın iç yüzeyindeki her noktaya sıvı tarafından eşit büyüklükte iletilir.
Pek çok araç ve gerecin çalıştırılmasında sıvıların bu özelliğinden yararlanılır. Örneğin, hidrolik kaldırma aletleri(liftler), hidrolik fren sistemi, iş makinelerinin yük kaldıran kolları, su cendereleri, krikolar, dişçi koltukları, sıvılı barometre, manometre, U boruları.
Hidrolik fren sisteminin çalışması paskal prensibi ile açıklanabilir. Fren pedalına basıldığında oluşan basınç borudaki sıvı tarafından fren balatalarına eşit büyüklükte iletilir. Fren balatalarındaki piston, balataları bu basınçla sıkıştırarak tekerleğin hareketini yavaşlatır.
