Suyun Kaldırma Kuvveti

Suyun Kaldırma Kuvveti

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.

Deneyin Adi : Suyun Gücü ve Sivinin Kaldirma Kuvvetiyle Yogunluk Iliskisinin Incelenmesi
Deneyin Amaci : Bazi kati cisimlerin herhangi bir sivi içerisinde, havadaki agirligindan daha hafif oldugunu görmek, dolayisiyla burada sivinin cisme karsi bir kaldirma kuvveti uyguladi-gini görmek.
Teorik Bilgi :
Sivilarin içine batirilan cisimler, yukariya dogru itilirler ve agirliklarindan kaybederler. Bunun nedeni sivilarin kaldirma kuvveti dir. Kaldirma kuvvetinin varligi, Arsimet adli bilim adami tarafindan bulunmustur.
Bütün sivilar içlerinde bulunan maddeye kaldirma kuvveti uygularlar. Bu kuvvet cismin sivi i-çindeki hacmine ve sivinin yogunluguna baglidir. Yani, cismin batan kisminin hacmi ve sivi-nin yogunlugu ne kadar büyükse, sivinin cisme uygulayacagi kaldirma kuvveti de o kadar bü-yük olmak zorundadir.

Kaldirma kuvveti Fk sembolü ile ifade edilir. Vektörel bir büyüklüktür.
Fkaldirma kuvveti = Vbatan x dsivi x g (yer çekimi ivmesi)
Fkaldirma kuvveti = Cismin havadaki agirligi – Cismin sudaki agirligi
Not : Yer çekimi ivmesini göze almayacagiz.

Deneyin Konusu ile Ilgili Bilimsel Kavramlar :
Özkütle (yogunluk) : Bir maddenin birim hacimdeki kütlesinin degerine özkütle denir. Özküt-lenin diger bir adi da yogunluktur. Simge olarak ( d ) ile gösterilir.
Agirlik : Maddelerin yer çekimi yönünde gösterdikleri etkiye agirlik denir.
Kaldirma Kuvveti : Sivilarin, içlerine atilan bir cisme karsi gösterdigi yer çekimi yönüne zit o-lan etkiye kaldirma kuvveti denir.

Deneyde Kullanilan Araçlar :

• Dereceli Silindir
• Dinamometre
• Asma Agirlik
• Su
• Amonyak

Deney Düzenegi :

m1 : 280 gr h1 : 150 ml m2 : 240 gr h1 : 131 ml m2 : 246 gr
( SU ) h2 : 189 ml ( AMONYAK ) h2 : 170 ml

Deneyin Yapilisi :
– Dereceli silindire bir miktar su koyduk ve yüksekligini ölçtük. Su yüksekligi 150 ml.
– Bir asma agirligi dinamometreye astik ve dinamometredeki degeri okuduk. 280 gr.
– Dinamometre ucundaki asma agirligi su içine gömülene kadar dereceli silindir içine indirdik. Su seviyesi yükseldi ve agirlikta bir hafifleme oldu. Yeni yükseklik 189 ml. ; yeni agirlik 240 gr.
– Simdi de, yine bir dereceli silindir içine bir miktar amonyak koyduk ve yüksekligi ölç-tük. Amonyak yüksekligi 131 ml.
– Dinamometre ucumdaki asma agirligi bu sefer amonyak içine gömülene kadar dereceli silindir içine indirdik. Su seviyesi yine yükseldi ve agirlikta bir hafifleme oldu. Yeni yükseklik 170 ml. ; yeni agirlik 246 gr.

Agirlik farki = Fk = Vbatan x dsivi

SU IÇIN
Cismin havadaki agirligi = 280 gr.
Cismin sudaki agirligi = 240 gr.
Suyun yogunlugu = dsu = 1 gr/cm3
Su seviyesi farki = Vbatan = 189 – 150 = 39 cm3
Agirlik farki = 280 – 240 = 40 gr.
Fk = 39 x 1 = 39 gr.
Fkaldirma ≡ Agirlik farki
AMONYAK IÇIN
Cismin havadaki agirligi = 280 gr.
Cismin amonyaktaki agirligi = 246 gr.
Amonyak yogunlugu = dA = 0,91 gr/cm3
Amonyak seviyesi farki = Vbatan = 170 – 131 = 39 cm3
Agirlik farki = 280 – 246 = 34 gr.
Fk = 39 x 0,91 = 35,49 gr.
Fkaldirma ≡ Agirlik farki

Deney ile Ilgili Sorular ve Cevaplar :
SORU 1 : Her kati cisim suya batar mi? Neden?
CEVAP 1 : Her kati cisim su içine batmak zorunda degildir. Çünkü bir cismin suya batabil-mesi için ilk önce özkütlesinin suyun özkütlesinden büyük olmasi gerekir. Eger özkütlesi su-yun özkütlesinden cisim batmaz.
SORU 2 : Herhangi bir cisim özkütlesi kendisininkiyle esit bir sivi içine birakilirsa ne olur?
CEVAP 2 : Böyle bir durumda cisim su içinde dibe batmadan yüzer.
SORU 3 : Havuzda mi yoksa denizde mi yüzmek kolaydir? Niçin?
CEVAP 3 : Denizde yüzmek daha kolaydir. Çünkü deniz suyu tuzlu oldugu için özkütlesi da-ha fazladir ve dolayisiyla kaldirma kuvveti de fazla olacaktir