Arşimet İlkesi Nedir? Kaldırma Kuvveti
Akışkanların içinde bulunan cisimlere etki eden kaldırma kuvvetini ve bu kuvvetin kaynağını Arşimet İlkesi açıklar. Bu ilke, günlük hayattan mühendisliğe kadar pek çok alanda karşımıza çıkar.
Bir akışkan içine daldırılan bir cisme, akışkan tarafından, cismin batan hacmi kadar akışkanın ağırlığına eşit bir kuvvet etki eder. Bu kuvvete kaldırma kuvveti denir.
Adım adım çözümlü örnekler
Özdeş iki cisimden biri suya, diğeri yoğunluğu daha az olan alkole batırılıyor. Hangi durumda kaldırma kuvveti daha büyüktür?
1. Arşimet İlkesi'ne göre kaldırma kuvveti, cismin batan hacmi ile akışkanın yoğunluğunun çarpımına ve yerçekimi ivmesine bağlıdır (Fk = d_akışkan * V_batan * g). 2. Cismin yoğunluğu aynı olsa da, batan hacimleri aynı ise, akışkanın yoğunluğu arttıkça kaldırma kuvveti de artar. 3. Su, alkolden daha yoğun olduğu için suya batırılan cisim üzerine etki eden kaldırma kuvveti daha büyüktür.
Bir geminin yüzebilmesi için hangi şartların sağlanması gerekir?
1. Gemi, kendi ağırlığına eşit bir kaldırma kuvveti almalıdır. 2. Gemi, suyun içine o kadar batmalıdır ki, geminin batan kısmının yerini alan suyun ağırlığı, geminin toplam ağırlığına eşit olsun. 3. Geminin ortalama yoğunluğu, suyun yoğunluğundan küçük olmalıdır.
Bilgi kartları
Mini test
S1.Hacmi 100 cm³ olan bir taş, tamamen suya batırıldığında üzerine etki eden kaldırma kuvveti kaç N'dur? (d_su = 1 g/cm³, g = 10 m/s²)
S2.Bir cisim, kendi yoğunluğundan daha yoğun bir akışkana bırakıldığında ne olur?
S3.Aşağıdakilerden hangisi kaldırma kuvvetinin büyüklüğünü etkilemez?
Sık yapılan hatalar
Kaldırma kuvveti, cismin toplam hacmi ile akışkanın yoğunluğunun çarpımına eşittir. — Doğrusu: Kaldırma kuvveti, cismin batan hacmi ile akışkanın yoğunluğunun çarpımına eşittir.
Yoğunluğu az olan bir akışkana bırakılan cisim, yoğunluğu fazla olan akışkana bırakıldığından daha fazla kaldırma kuvveti alır. — Doğrusu: Aynı cisim için, yoğunluğu fazla olan akışkan, kaldırma kuvvetini daha büyük yapar (eğer cisim tamamen batmıyorsa).
Sıkça sorulan sorular
Kaldırma kuvveti neden yukarı yönlüdür?
Akışkanın, daldırılan cismin alt yüzeyine uyguladığı basınç, üst yüzeyine uyguladığı basınçtan daha fazladır. Bu basınç farkı, yukarı yönlü bileşik bir kuvvete, yani kaldırma kuvvetine neden olur.
Bir gemi neden batmaz?
Gemi, içine yapıldığı malzemenin yoğunluğundan çok daha düşüktür çünkü büyük bir kısmı hava ile doludur. Gemi, suyun içine battığında, yerini değiştirdiği suyun ağırlığı, geminin kendi ağırlığına eşit olur ve böylece kaldırma kuvveti gemiyi yüzeyde tutar.
Arşimet İlkesi sadece sıvılar için mi geçerlidir?
Hayır, Arşimet İlkesi gazlar için de geçerlidir. Gazlar da bir akışkan olduğu için içine daldırılan cisimlere bir kaldırma kuvveti uygularlar. Ancak gazların yoğunluğu genellikle sıvılara göre çok daha az olduğu için bu kaldırma kuvveti ihmal edilebilir düzeydedir (örneğin balonun havadaki kaldırma kuvveti).