Durgun Akışkanların Cisimlere Uyguladığı Kaldırma Kuvveti
Deniz, göl ve akarsularda cinsleri ve büyüklükleri birbirinden
farklı cisimlerin bazılarının yüzdüğünü bazılarının da battığını fark
etmişsinizdir.
Tonlarca kütleye sahip gemilerin denizde ilerlemesi (Görsel 2.32) ve
suya batırıldıktan sonra serbest bırakılan plastik topun tekrar yüzeye
çıkması gibi olaylar (Şekil 2.35) sıvıların, cisimlerin ağırlığına zıt yönde
bir kuvvet uyguladığını gösterir. Sıcak hava balonlarının uçması gibi
olaylar ise gazların da sıvılar gibi cisimlerin ağırlığına zıt yönde kaldırma
kuvveti uyguladığını gösterir (Görsel 2.33).
“Sıvıların cisimlere uyguladığı kaldırma kuvveti” etkinliğinde görüldüğü
gibi sıvı içine bırakılan cisimlere sıvı tarafından cismin ağırlığına zıt
yönde bir kuvvet etki eder. Bu kuvvete kaldırma kuvveti denir. Kaldırma
kuvvetinin varlığını ilk kanıtlayan kişi Archimedes’tir (Arşimed).
Bu nedenle akışkanların kaldırma kuvvetini açıklayan ilkeye Archimedes
İlkesi denir.
Archimedes, bu kuvveti deneysel olarak bulmuş fakat kuvvetin büyüklüğünü
veren matematiksel model, basınç kavramı açıklandıktan sonra
elde edilmiştir.
Sıvı içine bırakılan cisme, sıvının uyguladığı kaldırma kuvveti, cisme
uyguladığı basınç kuvvetinin farkından kaynaklanır. Bu durum
Şekil 2.36’daki tamamı sıvı içinde olan silindir şeklindeki cisim üzerinde
gösterilmiştir.
Sonuç olarak Archimedes Yasası, “Tamamı veya bir kısmı durgun
akışkana batırılan cisme akışkan tarafından uygulanan kaldırma
kuvveti, cisim tarafından yeri değiştirilen akışkanın ağırılığına
eşittir. ” şeklinde tanımlanır.
Bir cismin hacminin tamamı sıvıya batırılıp serbest bırakıldığında cisim
sıvı yüzeyine çıkarak hacminin bir kısmı batacak şekilde yüzebilir, sıvı
içinde askıda kalabilir ya da batabilir.
1. Yüzme Durumu
Cismin hacminin bir kısmı sıvı içerisinde bir kısmı da dışarıda kalacak
biçimde Şekil 2.37’deki gibi sıvının yüzeyinde dengeye gelmesi durumuna
yüzme durumu denir.
Bu durumda cisme etki eden kaldırma kuvvetinin büyüklüğü cismin
ağırlığına eşittir.
2. Askıda Kalma Durumu
Sıvı içine tamamı batırılan bir cisim Şekil 2.38’deki gibi tabana değmeyecek
şekilde yavaşça serbest bırakıldığında olduğu yerde dengede
kalıyorsa bu duruma askıda kalma durumu denir.
Askıda kalan cisimlerde kaldırma kuvvetinin büyüklüğü cismin ağırlığına
eşittir.
3. Batma Durumu
Sıvı içerisinde yavaşça serbest bırakılan bir cismin Şekil 2.39’daki gibi
kendiliğinden kabın tabanına inmesi durumuna batma durumu denir.
Bu durumda kap tabanında tepki kuvveti oluşur.
Kaldırma Kuvvetinin Günlük Hayattaki Yeri
Bernoulli İlkesi’ne göre rüzgârlı havalarda hızı artan havanın basıncı azalır. Binaların içindeki durgun hava
basıncı ile açık hava basıncı arasında bir fark oluşur. Bu fark çatıların uçmasına hatta can kayıplarına neden
olabilir. “Rüzgârlı havalarda çatıların uçmaması için alınması gereken tedbirler” ile ilgili projeyi hazırlayınız.
