💡 9. Sınıf Fizik: Kaldırma kuvveti, yüzme, batma ve askıda kalma durumu Çözümlü Örnekler

Bu durumun temel nedeni, kaldırma kuvveti ve cisimlerin yoğunlukları arasındaki ilişkidir. 🚢

• Kaldırma Kuvveti: Sıvı içinde bulunan bir cisme, sıvı tarafından yukarı doğru uygulanan kuvvettir.
• Yoğunluk: Birim hacimdeki kütledir.

Gemiler, içlerindeki boşluklar sayesinde toplam hacimleri büyük olmasına rağmen ortalama yoğunlukları denizin yoğunluğundan daha azdır. Bu sayede gemiye etki eden kaldırma kuvveti, geminin ağırlığından büyük veya eşit olur ve gemi yüzer. ⚓ Demir bilyenin ise yoğunluğu sudan çok daha fazladır. Bu nedenle bilyeye etki eden kaldırma kuvveti, bilyenin ağırlığından az kalır ve bilye dibe batar. 💧

Kaldırma kuvvetini hesaplamak için Arşimet Prensibi'ni kullanırız. 💡

• Arşimet Prensibi: Sıvı içine tamamen veya kısmen daldırılan bir cisme, taşırdığı sıvının ağırlığına eşit bir kaldırma kuvveti etki eder.

Kaldırma kuvveti \( F_k \) şu formülle bulunur: \( F_k = V_{batan} \times d_{sıvı} \times g \) Burada:

• \( V_{batan} \) = Cismin batan hacmi
• \( d_{sıvı} \) = Sıvının yoğunluğu
• \( g \) = Yerçekimi ivmesi

Verilenler:

• \( V_{batan} = 200 \, \text{cm}^3 = 200 \times 10^{-6} \, \text{m}^3 \) (SI birim sistemine çevrildi)
• \( d_{sıvı} = 1 \, \text{g/cm}^3 = 1000 \, \text{kg/m}^3 \) (SI birim sistemine çevrildi)
• \( g = 10 \, \text{m/s}^2 \)

Hesaplama: \( F_k = (200 \times 10^{-6} \, \text{m}^3) \times (1000 \, \text{kg/m}^3) \times (10 \, \text{m/s}^2) \) \( F_k = 2 \, \text{N} \) Cisme etki eden kaldırma kuvveti 2 N'dur. ✅

Bir cismin sıvı içinde yüzmesi için, cisme etki eden kaldırma kuvvetinin, cismin ağırlığından büyük veya eşit olması gerekir. 👉

• Eğer kaldırma kuvveti > cismin ağırlığı ise, cisim yüzeye çıkar ve bir kısmı sıvı dışında kalır.
• Eğer kaldırma kuvveti = cismin ağırlığı ise, cisim sıvı içinde askıda kalır (tamamı batmış halde).

Bu durum aynı zamanda cismin ortalama yoğunluğunun, sıvının yoğunluğundan az veya eşit olması anlamına gelir. ⚖️

Bu durum, cisimlerin yoğunlukları ile sıvıların yoğunlukları arasındaki ilişkiyi gösterir. 🧐

• Birinci Küp (Su): Küp suya bırakıldığında yüzüyorsa, küpün yoğunluğu suyun yoğunluğundan küçüktür. \( d_{küp} < d_{su} \)
• İkinci Küp (Daha Az Yoğunluklu Sıvı): Küp, sudan daha az yoğunluklu bir sıvıya bırakıldığında dibe batıyorsa, küpün yoğunluğu bu sıvının yoğunluğundan büyüktür. \( d_{küp} > d_{sıvı} \)

Bu iki bilgiyi birleştirdiğimizde, sıvıların yoğunlukları arasındaki ilişki şu şekilde olur: \( d_{sıvı} < d_{küp} < d_{su} \) Yani, küpün yoğunluğu, ikinci sıvının yoğunluğundan büyük ancak suyun yoğunluğundan küçüktür. 🧊