A- KALDIRMA KUVVETİ (ARCHİMEDES PRENSİBİ)

Transkript

1 A- KALDIRMA KUETİ (ARCHİMEDES PRENSİBİ) 1- Kütle Kazanım: 1.7 Cisimlerin kütlesini ve hacmini ölçerek yoğunluklarını hesaplar. 1.7 Yoğunluk birimi olarak kg/m 3 ve g/cm 3 kullanılmalıdır. 1.7 Katıların ve sıvıların yoğunlukları ile ilgili hesaplamalar yapılmalıdır. 2- Hacim Kazanım: Öz Kütle (Yoğunluk) Cisimlerin kütlesini ve hacmini ölçerek yoğunluklarını hesaplar. Kazanım: 1.7 Cisimlerin kütlesini ve hacmini ölçerek yoğunluklarını hesaplar. 1.7 Yoğunluk birimi olarak kg/m 3 ve g/cm 3 kullanılmalıdır. 1.7 Katıların ve sıvıların yoğunlukları ile ilgili hesaplamalar yapılmalıdır. 4- Kaldırma Kuvveti Kazanım: 1.4 Kazanım Sayısı : 10 Süre : 3 Saat Sıvı içindeki cisme, sıvı tarafından yukarı yönde bir kuvvet uygulandığını fark eder ve bu kuvveti kaldırma kuvveti olarak tanımlar. 5- Sıvıların Kaldırma Kuvveti Kazanım: 1.1 Bir cismin havadaki ve sıvı içindeki ağırlığını dinamometre ile ölçer ve ölçümlerini kaydeder. değişmeyen cisimler kullanılmalıdır. 1.2 Cismin havadaki ve sıvı içindeki ağırlıklarını karşılaştırır. 6- Sıvıların Kaldırma Kuvveti Uygulamasının Nedeni Kazanım: 1.3 Cismin sıvı içindeki ağırlığının daha az göründüğü sonucunu çıkarır. [!] 1.3 Sıvı içindeki cismin ağırlığı azalmaz, sadece yukarı yönde etki eden kaldırma kuvveti cismin ağırlığının azalmış gibi görünmesine neden olur. 7- Sıvıların Kaldırma Kuvveti İle İlgili Özellikler Kazanım: 1.5 Kaldırma kuvvetinin, cisme aşağı yönde etki eden kuvvetin etkisini azalttığı sonucuna varır.??? 1.5 Bazı öğrenciler yer çekimi kuvvetinin, sıvı içindeki cisimlere etki etmediği yanılgısına sahip olabilir. 1.6 Bir cisme etki eden kaldırma kuvvetinin büyüklüğünün, cismin batan kısmının hacmi ile ilişkisini araştırır. 1.8 Bir cisme etki eden kaldırma kuvvetinin büyüklüğünün, cismin daldırıldığı sıvının yoğunluğu ile ilişkisini araştırır. 1.9 Farklı yoğunluğa sahip sıvıların cisimlere uyguladığı kaldırma kuvvetini karşılaştırır ve sonuçları yorumlar Sıvıların ve gazların kaldırma kuvvetinin teknolojideki kullanımına örnekler verir ve bunların günlük hayattaki önemini belirtir. 8- Gazların (Havanın) Kaldırma Kuvveti Kazanım: Cisimlerin Havadaki Durumları Kazanım: Uçan Balonların Çalışma Prensibi Kazanım: 1.15 Gazların da cisimlere bir kaldırma kuvveti uyguladığını keşfeder. Gazların da cisimlere bir kaldırma kuvveti uyguladığını keşfeder. Sıvıların ve gazların kaldırma kuvvetinin teknolojideki kullanımına örnekler verir ve bunların günlük hayattaki önemini belirtir. 1

2 ÜNİTE 2 : KUET E HAREKET A- KALDIRMA KUETİ (ARCHİMEDES PRENSİBİ) : 1- Kütle : Maddenin değişmeyen miktarına kütle denir. Kütle m sembolü ile gösterilir. Birimi gr ya da kg dır. Eşit kollu terazi ile ölçülür. Sembol Birim Birim Kütle m gr kg 1 kg = 1000 gr 1 gr = kg a) Kütlenin Ölçülmesi : Cisimlerin eşit kollu terazi ile kütleleri ölçülürken terazinin kefelerinin (gözlerinin) birine kütlesi ölçülecek cisim, diğerine birim kütleler yerleştirilerek denge sağlanır. Cismi dengeleyen birim kütlelerin toplamı cismin kütlesine eşit olur. Cisim Birim Kütleler Sol Kefe Sağ Kefe 2- Hacim : Bir maddenin boşlukta kapladığı yere hacim denir. Hacim sembolü ile gösterilir. Sembol Birim Birim Hacim cm 3 m 3 Katı Hacim Ölçüleri mm 3 cm 3 dm 3 m 3 Sıvı Hacim Ölçüleri ml cl dl L Katı ve sıvı hacim ölçülerinin dönüşümü ; 1 L = 1000 ml 1 L = 1 dm 3 1 ml = 1 cm 3 a) Sıvıların Hacimlerinin Ölçülmesi : Sıvı haldeki maddelerin hacimleri dereceli silindir ile ölçülür. Hacmi ölçülecek sıvı dereceli silindire döküldüğünde dereceli silindirde hangi bölmeye geliyorsa sıvının hacmi o kadardır. 2

3 Hacmi Ölçülecek Sıvı b) Şekli Düzgün Olan Katıların Hacimlerinin Ölçülmesi : Küp, küre, silindir, dikdörtgenler prizması gibi şekli düzgün olan katı cisimlerin kenar uzunlukları cetvel yardımıyla ölçülerek hacim formülünde yerine yazılır ve hacimleri formüllerle hesaplanır. Küp a a a Dikdörtgenler Prizması c b a r h r h r Küre r = a. a. a = a 3 = a. b. c = π. r 2. h = 4 3. π. r3 c) Şekli Düzgün Olmayan Katıların Hacimlerinin Ölçülmesi : Şekli düzgün olmayan katı cisimler, tamamen batabilecekleri sıvıya bırakıldıklarında kendi hacimleri kadar sıvının yerini değiştirirler. Bu cisimlerin hacimleri yer değiştiren yani yükselen (dereceli silindir yöntemi) veya taşan sıvı (taşırma yöntemi) miktarına bakılarak belirlenir. 1-) Yöntemi : silindirdeki sıvı taşma seviyesinde değilse, katı cisim dereceli silindire atıldığında yükselen yani yeri değişen sıvı hacmi katı cismin hacmine eşit olur. Cisim Cismin Hacmi = Yükselen (Yer Değiştiren) Sıvının Hacmi Cisim = Yer Değiştiren Sıvı Cisim = = 20 cm 3 3

4 2-) Taşırma Yöntemi : Kaptaki veya dereceli silindirdeki sıvı taşma seviyesinde yani ağzına kadar sıvı dolu ise katı cisim dereceli silindire atıldığında taşan yani yeri değişen sıvı hacmi katı cismin hacmine eşit olur. Taşan sıvının da hacmi başka bir dereceli silindir ile ölçülür. Taşırma Kabı Taşırma Kabı Cisim Taşan Sıvı Cismin Hacmi = Taşan (Yer Değiştiren) Sıvının Hacmi Cisim = Taşan Sıvı Cisim = 20 cm 3 d) Gazların Hacimlerinin Ölçülmesi : Gazlar konuldukları kabı tamamen doldurarak o kabın hacmine ve şekline sahip olurlar. Bu nedenle gazların hacmi, konulduğu kabın hacmine eşittir. Belirli kütledeki gazın bulunduğu kabın değiştirilmesi gazın hacmini değiştirir fakat gazın miktarı yani kütlesi sabit kalır. Gazın Bulunduğu Kap Gazın Bulunduğu Kap Gazın Hacmi = Kabın Hacmi e) (*) Boşluklu Yapıya Sahip Cisimlerin Hacimleri : Tanecik boyutları büyük olan cisimler bir kaba konulduğunda tanecikler arasında hava boşluğu kalır. Bir kaba konan kuru kum, kum tanecikleri ile kum tanecikleri arasındaki hava boşluğundan oluşur. Kum Tanecikleri Hava Boşlukları Kuru Kumun Hacmi Kum Taneciklerinin Hacmi Havanın Hacmi 4

5 Kumun üzerine su dökülünce toplam hacim, suyun ve kum taneciklerinin hacimlerinin toplamına eşit olur. Kuru kumdaki kum taneciklerinin arasındaki hava boşluklarına su yerleşir ve beklenen hacimden daha az hacim elde edilir. Beklenen hacim ile elde edilen hacim arasındaki fark, kum tanecikleri arasındaki havanın hacmidir. Toplam Hacim = Suyun Hacmi + Kum Tanecikleri Havanın Hacmi = Beklenen Hacim Elde Edilen Hacim 3- Öz Kütle (Yoğunluk) : Bir maddenin birim hacim başına düşen kütle miktarına öz kütle (yoğunluk) denir. Öz kütle d ile gösterilir. Her maddenin öz kütlesi farklıdır ve bu nedenle öz kütle maddeler için ayırt edici özelliktir. Sembol Birim Birim Kütle m gr kg Hacim cm 3 (ml) m 3 Öz Kütle d gr/cm 3 kg/m 3 Kütle Öz Kütle = Hacim m d= m =. d m. d 1 gr/cm 3 = 1000 kg/m 3 1 kg/m 3 = gr/cm3 (*) Öz kütle, kırık bir kalp gibidir. d = d = m dede = muzu Böl er 5

6 a) Kütle Hacim Grafiği (İlişkisi) : Bir maddenin hacmi artarsa kütlesi de artar. Fakat (cinsi değişmediği için) öz kütlesi değişmez. Kütle hacim ilişkisini gösteren grafik yardımıyla maddenin öz kütlesi bulunabilir Kütle Hacim Öz Kütle = Kütle Hacim b) Öz Kütle Kütle ve Öz Kütle Hacim Grafiği (İlişkisi) : Bir maddenin hacmi veya kütlesi artsa bile (cinsi değişmediği için) öz kütlesi değişmez. Öz Kütle Öz Kütle d d 0 Hacim 0 m Kütle c) Maddelerin Öz Kütlelerinin Bulunması ve Karşılaştırılması : Maddelerin öz kütlelerinin bulunması için kütle ve hacim değerleri bilinmelidir. Maddenin kütlesi eşit kollu terazi ile ölçülür. Maddenin hacmi, maddenin cinsine göre ölçülür veya hesaplanır. Kütle ve hacim değerleri birbirine bölünerek maddenin öz kütlesi hesaplanır. Her maddenin öz kütlesi farklı olduğu için maddelerin eşit hacimlerinin (veya birim hacimlerinin) kütleleri birbirinden farklı olur. Eşit hacimlerdeki maddelerden kütlesi büyük olanın öz kütlesi büyük, kütlesi küçük olanın öz kütlesi küçük olur. Kütle (g) = 1 cm 3 = 1 cm 3 = 1 cm 3 11,3 7,8 Tahta m= 0,8 g Demir m= 7,8 g Kurşun m= 11,3 g 0,8 0 1 Hacim (cm 3 ) Eşit hacimdeki kurşun, demir ve tahtadan kurşunun kütlesi büyük olduğu için öz kütlesi en büyük, tahtanın kütlesi küçük olduğu için öz kütlesi en küçüktür. d) Karışımların Öz Kütlesi : İki sıvının oluşturduğu karışımın öz kütlesi karışımı oluşturan sıvıların öz kütleleri arasında bir değerdedir. Yani karışımın öz kütlesi, küçük öz kütleden daha küçük, büyük öz kütleden daha büyük veya eşit olamaz. d K Karışımın Öz Kütlesi d 1 1. Sıvının Öz Kütlesi d 2 2. Sıvının Öz Kütlesi 6

7 A m 1, 1 B m 2, 2 A ve B Karışımı m T = m K = m 1 + m 2 T = K = d 1 > d 2 ise; d 1 > d K > d 2 d 1 d 2 d Karışım d 2 > d 1 ise; d 2 > d K > d 1 1-) Eşit Hacimli Homojen Karışımlar : Karıştırılan sıvıların hacimleri eşitse; karışımın öz kütlesi sıvıların öz kütlelerinin aritmetik ortalamasına eşittir. (İki veya daha fazla sıvı için geçerlidir.). A B A ve B Sıvılarının Karışımı d A=2 g/cm 3 d B=4 g/cm 3 d Karışım=3 g/cm 3 2-) Eşit Hacimli Olmayan Homojen Karışımlar : Karıştırılan sıvıların hacimleri eşit değilse; karışımın öz kütlesi hacmi büyük olan sıvının öz kütlesine daha yakın değerdedir. A B A ve B Sıvılarının Karışımı d A=2 g/cm 3 d B=4 g/cm 3 d Karışım=3 4g/cm 3 arasında A B A ve B Sıvılarının Karışımı 1 d A=2 g/cm 3 d B=4 g/cm 3 d Karışım=2 3 g/cm 3 arasında 3-) Heterojen Karışımlar : Birbiri içerisinde çözünmeyen sıvıların oluşturduğu heterojen karışımlarda öz kütlesi büyük olan sıvı altta, öz kütlesi küçük olan sıvı üstte yer alır. A B C A, B ve C Sıvıları Karışmaz A d A=1 g/cm 3 d B=4 g/cm 3 d C=3 g/cm 3 C B 7

8 DENEY ETKİNLİK Araç ve Gereçler DENEY ETKİNLİK Araç ve Gereçler Katıların Kütleleri Eşit kollu terazi, farklı kütleler, taş, birim küpler. Eşit kollu terazi kullanarak taşın, küp şeklindeki tahtanın, birim küplerin kütleleri ölçülür. Sıvıların Kütleleri Eşit kollu terazi, özdeş beherglas (2), su. Beherglaslar terazinin kefelerine konur ve daraları eşitlenir. Beherglasa su konarak kütlesi ölçülür. DENEY ETKİNLİK Gazların Kütleleri Araç ve Gereçler Eşit kollu terazi, ip, özdeş balon (2). Eşit kollu terazinin kefelerinin olduğu yere biri şişirilmiş, diğeri şişirilmemiş balon iple takılır ve daraları eşitlenir. Havası şişirilmiş balonun kütlesinin fazla olduğu gösterilir ve kütlesi ölçülür. DENEY ETKİNLİK Araç ve Gereçler DENEY ETKİNLİK Araç ve Gereçler DENEY ETKİNLİK Araç ve Gereçler DENEY ETKİNLİK Araç ve Gereçler Sıvıların Hacimleri Beherglas (, 500 ml), su. silindir kullanarak içine doldurulan suyun hacmi ölçülür. Farklı dereceli silindirlere su doldurularak dereceli silindirlerdeki sıvı seviyesinin nasıl okunacağı gösterilir. Katıların Hacimleri Cetvel, tahta prizmalar, silindir, taş, plastik küp kap, dereceli silindir (500 ml ve ), taşırma kabı, su, plastik küvet. Şekli düzgün olan dikdörtgenler prizması, küp ve silindirin boyutları cetvel yardımıyla ölçülerek hacim formülleri yardımıyla formülleri hesaplanır. Şekli düzgün olmayan katı cisim (taş) içinde belirli miktar su bulunan dereceli silindire atılır ve yer değiştiren suyun hacminin taşın hacmine eşit olduğu gösterilir. Şekli düzgün olmayan katı cisim (taş) taşma seviyesine kadar su bulunan küp şeklindeki kaba bırakılır. Kabın altında bulunan plastik küvete taşan su alınarak dereceli silindire dökülür ve taşan suyun hacminin taşın hacmine eşit olduğu gösterilir. Katıların Öz Kütlesi Birim küpler, eşit kollu terazi, taş, dereceli silindir, su, cetvel, tahta prizmalar. Şekli düzgün olan prizmaların kenar uzunlukları cetvel ile ölçülerek hacimleri hesaplanır. silindir kullanılarak şekli düzgün olmayan taşın hacmi dereceli silindir yöntemiyle bulunur. Eşit kollu terazi yarımıyla taşın ve prizmaların kütleleri ölçülür. Kütle değerleri hacim değerlerine bölünerek katı cisimlerin öz kütleleri hesaplanır. Birim küplerin kütleleri eşit kollu terazi ile ölçülür. Kütle değerleri hacim değerlerine bölünerek birim küplerin öz kütleleri hesaplanır. Eşit hacimdeki maddelerin kütleleri farklı olduğu için öz kütlelerinin farklı olduğu gösterilir. Sıvıların Öz Kütlesi Eşit kollu terazi, özdeş beherglaslar (2), dereceli silindir, su, sıvı yağ, sirke, ispirto. silindir yarımıyla su, yağ, sirke ve ispirtodan eşit hacimde alınarak eşit kollu terazinin kefelerine konan beherglaslar yardımıyla kütleleri ölçülür. Kütle değerleri hacim değerlerine bölünerek sıvı cisimlerin öz kütleleri hesaplanır. Eşit hacimdeki maddelerin kütleleri farklı olduğu için öz kütlelerinin farklı olduğu gösterilir. 8

9 DENEY ETKİNLİK Araç ve Gereçler DENEY ETKİNLİK Araç ve Gereçler Heterojen Karışımlar Su, ispirto, yağ, beherglas. Beherglasa su, yağ ve ispirto sırayla konarak birbirine karışmadığı gösterilir. Öz kütlesi büyük olan suyun en altta, yağın onun üstünde ve ispirtonun en üstte olduğu gösterilir. Kuru Kumun Hacmi Molekül modelleri takımı veya bilyeler, kum, su, dereceli silindir (500 ml, ), beherglas. Beherglas veya büyük dereceli silindire molekül modelleri takımından toplar veya bilyeler atılarak hacmi okunur. Bilyelerin üzerine kum dökülerek hacim bir kez daha okunur ve beklenen hacmin neden elde edilen hacme eşit olmadığı sorulur. Bilye ve kum karışımına su dökülerek hacim bir kez daha okunur ve beklenen hacmin neden elde edilen hacme eşit olmadığı sorulur. 4- Kaldırma Kuvveti : Dünya üzerindeki bütün maddelere Dünya tarafından Dünya nın merkezine doğru yer çekimi kuvveti etki eder. Bu çekim kuvvetine rağmen havada kuşlar, uçaklar, balonlar uçabilirken; gemiler, kayıklar, tahta parçaları suda batmadan yüzebilirler. Havadaki ve sıvıdaki cisimlere hava veya sıvı tarafından yer çekimi kuvvetine zıt (yani yukarı) yönde uygulanan itme kuvvete kaldırma kuvveti denir. Gemiler, tekneler, uçan balonlar, zeplinler, uçaklar sıvı ve gazların kaldırma kuvveti sayesinde çalışan (yapılan teknolojik) araçlardır. 5- Sıvıların Kaldırma Kuvveti : Sıvı içerisine batırılan bir cisme sıvı tarafından aşağıdan yukarı doğru uygulanan itme kuvvetine sıvıların kaldırma kuvveti denir. Sıvıların, içerisinde bulunan cisimlere kaldırma kuvveti uyguladığı Archimedes tarafından bulunmuştur. Sıvı içerisine batırılan cisme sıvı tarafından, cismin batan kısmının hacmine eşit hacimdeki sıvının ağırlığı kadar bir kaldırma kuvveti uygulanır. Bu kanuna Archimedes Prensibi denir. Sıvı içerisine batırılan cisme sıvı tarafından, cismin taşırdığı veya yer değiştirdiği sıvının ağırlığı kadar bir kaldırma kuvveti etki eder. Bu kanuna Archimedes Prensibi denir. 6- Sıvıların Kaldırma Kuvveti Uygulamasının Nedeni : Sıvıların, içerisinde bulunan cisimlere kaldırma kuvveti uygulamasının nedeni, sıvı basıncı (basınç kuvveti) yani basınç nedeniyle uygulanan itme kuvveti ile ilgilidir. Sıvı basıncı derinlikle arttığı için sıvı içerisinde bulunan bir cismin alt yüzeyine etki eden toplam basınç yani itme kuvveti, cismin üst yüzeyine etki eden toplam basınçtan yani itme kuvvetinden daha büyük olur. Kaldırma kuvveti cismin alt yüzeyi yani tabanı ile cismin üst yüzeyi yani tavanı arasındaki basınç farkından kaynaklanır. Sıvı içerisindeki cisme basınç farkından dolayı etki eden itme kuvvetlerinin bileşkesi kaldırma kuvvetini oluşturur. CİSİM Sıvı 9

10 7- Sıvıların Kaldırma Kuvveti İle İlgili Özellikler : 1-) Sıvı içerisine bırakılan (batırılan) cisme aşağı yönde yer çekimi kuvvetinden dolayı cismin ağırlığı ve yukarı yönde sıvı tarafından kaldırma kuvveti olmak üzere iki zıt kuvvet etki eder. (Kaldırma Kuvveti) (Kaldırma Kuvveti) d s d s (Cismin ) (Cismin ) 2-) Sıvı içerisine bırakılan (batırılan) cismin sıvıya batan kısmının hacmi, cismin yer değiştirdiği sıvının hacmine eşittir. batan = Yer Değiştiren Sıvı b = YDS 400 cm cm cm cm cm cm cm cm cm ) Sıvı içerisine bırakılan (batırılan) cismin sıvıya batan kısmının hacmi, cismin taşırdığı sıvının hacmine eşittir. batan = Taşan Sıvı b = TS batan batan 200 ml Taşan Taşan 10

11 3-) Havada bulunan cisimlere hava tarafından, sıvıda bulunan cisimlere de sıvı tarafından kaldırma kuvveti uygulanır. Sıvı içerisine batırılan cisme kaldırma kuvveti uygulandığı için, cismin sıvıdaki ağırlığı kaldırma kuvveti kadar azalır (azalmış görülür). Sıvı içerisine bırakılan (batırılan) cisme uygulanan kaldırma kuvveti, cismin havadaki ve sıvıdaki ağırlıklarının farkına eşittir. Cismin Havadaki Cismin Sıvıdaki = G hava G sıvı G hava = G sıvı + G sıvı = G hava d s 4-) Kaldırma kuvveti, cismin batan kısmının hacmi kadar sıvının ağırlığına eşittir. Bu nedenle sıvı tarafından cisme uygulanan kaldırma kuvveti cismin batan kısmının hacmine ve sıvının öz kütlesine bağlı olup bunlarla doğru orantılıdır. = b. d s. (g) Kaldırma Kuvveti Kaldırma Kuvveti Sıvının Yoğunluğu Cismin Batan Kısmının Hacmi Cismin Havadaki Cismin Sudaki Cismin Yağdaki Cismin Alkoldeki d su d yağ d alkol 11

12 Cismin Havadaki Cismin Sudaki Cismin Sudaki Cismin Sudaki d su d su d su 5-) Kaldırma kuvveti, cismin taşırdığı veya yer değiştirdiği sıvının ağırlığına eşittir. = G Taşan Sıvı = G Yer Değiştiren Sıvı 400 cm cm cm cm cm cm 3 1 F K = G TS 10 N F K = G TS batan 10 N G Taşan 12

13 6-) Tamamı sıvı içerisine batırılan cisme etki eden kaldırma kuvveti; cismin sıvıdaki derinliğine, kaptaki sıvı miktarına veya kabın şekline, cismin hacmi değişmemek şartıyla şekline bağlı değildir. a-) Tamamı sıvı içerisine batırılan cisme etki eden kaldırma kuvveti, cismin sıvı içinde bulunduğu derinliğe (sıvı tabanına uzaklığına) bağlı değildir = 2 = 3 = 4 Cismin Havadaki Cismin Sudaki d su b-) Tamamı sıvı içerisine batırılan cisme etki eden kaldırma kuvveti, kaptaki sıvı miktarına veya kabın şekline bağlı değildir = 2 Cismin Havadaki Cismin Sulardaki d su d su 13

14 c-) Tamamı sıvı içerisine batırılan cisme etki eden kaldırma kuvveti, cismin hacmi değişmemek şartıyla cismin şekline bağlı değildir = 2 = 3 = 4 = 5 Cisimlerin Havadaki Cisimleri Sudaki d su 8- Gazların (Havanın) Kaldırma Kuvveti : Sıvılarda olduğu gibi gazlar da içerisinde bulunan cisimlere kaldırma kuvveti uygular. Gazların cisimlere kaldırma kuvveti uyguladığı Archimedes tarafından. Hava tarafından cisimlere yukarı yönde uygulanan itme kuvvetine havanın kaldırma kuvveti denir. Hava tarafından cisme uygulanan kaldırma kuvveti, cismin hacmi kadar havanın ağırlığına eşit olur. Bu prensibe Archimedes Prensibi denir. Uçan balon, zeplin, uçurtma, helikopter ve uçaklar havanın kaldırma kuvveti uygulaması nedeniyle uçarlar. a) Gazların (Havanın) Kaldırma Kuvveti İle İlgili Özellikler : Havanın Kaldırma Kuvveti Cismin Cismin Öz Kütlesi d hava Havanın Öz Kütlesi d gaz Gazın Öz Kütlesi 1-) Havanın uyguladığı kaldırma kuvveti nedeniyle bir cismin havasız ortamdaki (boşluktaki) ağırlığı, havalı ortamdaki (havadaki) ağırlığından daha fazladır. 2-) Hava tarafından cisme uygulanan kaldırma kuvveti, cismin hacmi kadar (hacimdeki) havanın ağırlığına eşittir. Kaldırma Kuvveti = Cismin Hacmi x Havanın Öz Kütlesi (x Yer Çekim İvmesi) = c. d hava (.g) 14

15 3-) Cisimlere uygulanan kaldırma kuvveti, cismin batan kısmının hacmine ve yoğunluğa bağlıdır ve bunlarla doğru orantılıdır. Sıvıların yoğunluğu gazlara göre büyük olduğu için sıvıların uyguladığı kaldırma kuvveti, gazların uyguladığı kaldırma kuvvetinden büyük olur. 4-) Cisimler havasız ortamda iken sadece kendi ağırlıkları ile dengededirler. Cisimler havalı ortamda iken kendi ağırlıkları ve havanın kaldırma kuvvetinin farkı olan net kuvvet ile dengededirler. 5-) Havasız ortamda iken öz kütleleri ve hacimleri farklı olan iki cisim eşit kollu terazide dengede olduğu için ağırlıkları eşittir. Bu cisimler, havalı ortama konursa dengeleri bozulur. Havalı ortamda iken hacmi büyük olan cisme daha fazla, hacmi küçük olan cisme daha az kaldırma kuvveti uygulanır. Hacmi büyük olan cisme daha fazla kaldırma kuvveti uygulanacağı için bu cismin havadaki ağırlığı daha fazla azalır ve bu cisim yukarı çıkar. Havasız Ortam Havalı Ortam 6-) Havalı ortamda iken öz kütleleri ve hacimleri farklı olan iki cisim eşit kollu terazide dengede olduğu için ağırlıkları eşittir. Bu cisimler, havasız ortama konursa dengeleri bozulur. Havasız ortamda cisimlere uygulanan havanın kaldırma kuvvetleri ortadan kalkar. Havalı ortamda iken hacmi büyük olan cisme daha fazla kaldırma kuvveti uygulandığından cisimler havasız ortama konulunca hacmi büyük olan cismin ağırlığı hacmi küçük olan cisme göre daha fazla artar ve cisim aşağı iner. Havalı Ortam Havasız Ortam 9- Cisimlerin Havadaki Durumları : Hava içinde bulunan cisme ağırlığından dolayı aşağı yönde yer çekimi kuvveti ve hava tarafından yukarı yönde havanın kaldırma kuvveti olmak üzere iki zıt kuvvet etki eder. Cismin havadaki durumu, cisme etki eden net kuvvete yani yükseltici kuvvete göre belirlenir. a) Cismin öz kütlesi havanın öz kütlesinden büyükse; Cismin ağırlığı havanın kaldırma kuvvetinden büyük olur. Net kuvvet cismin ağırlığı ile havanın kaldırma kuvvetinin farkına eşittir ve aşağı doğrudur. Cisim uçamaz. Cisim aşağı doğru hareket eder. Cismin ağırlığı, kaldırma kuvveti kadar azalır. 15

16 DÜŞME ŞARTI : > d h > F net = F yük = b) Cismin öz kütlesi havanın öz kütlesine eşitse; Cismin ağırlığı havanın kaldırma kuvvetine eşit olur. Net kuvvet cismin ağırlığı ile havanın kaldırma kuvvetinin farkına eşittir ve sıfırdır. Cisim hava içerisinde bırakıldığı yerde dengede (askıda) kalır. DENGE ŞARTI : = d h = F net = F yük = = 0 c) Cismin öz kütlesi havanın öz kütlesinden küçükse; Cismin ağırlığı havanın kaldırma kuvvetinden küçük olur. Net kuvvet havanın kaldırma kuvveti ile cismin ağırlığının farkına eşittir ve yukarı doğrudur. Cisim havada yükselir yani uçar. UÇMA ŞARTI : < d h < F net = F yük = 10- Uçan Balonların Çalışma Prensibi : Atmosfer olaylarının incelenmesinde ve ulaşımda kullanılan uçan balonlar ile zeplinlerin uçması havanın kaldırma kuvveti etkisiyle gerçekleşir. Uçan balonlar veya zeplinler yapılırken bu araçlara etki eden kaldırma kuvveti arttırılıp araçların ağırlıkları azaltılır. Bunun için de bu araçların hacmi arttırılır ve bu araçlara hava veya yoğunluğu havadan daha küçük olan bir gaz (helyum veya hidrojen) konur. Isıtmalı uçan balonlarda, balondaki hava ısıtılınca, hava moleküllerinin kinetik enerjisi artar ve havanın bir kısmı balondan dışarı çıkar. Balonun hacmi sabit kalıp kütlesi azaldığı için (gaz kaybı nedeniyle) öz kütlesi azalır. Balonun içindeki sıcak havanın öz kütlesi, dışındaki soğuk havanın öz kütlesinden küçük olur ve balon uçar. Hidrojen veya helyum doldurularak yapılan uçan balonlarda, hidrojenin veya helyumun öz kütlesi, havanın öz kütlesinden küçük olduğu için balon uçar. Fakat hidrojen yanıcı bir gaz olduğu için balonun patlama tehlikesi vardır ve bu nedenle genelde balonlarda tepkimeye girmeyen helyum gazı bulunur. 16

17 Uçan balonların havada iken yukarı veya aşağı yönde hareket edebilmeleri için balon ve içindeki gazdan oluşan sistemin ortalama yoğunluğunun değiştirilmesi gerekir. Balon ve içindeki gazın oluşturduğu sistemin yoğunluğu havanın yoğunluğuna eşitse balon havada askıda kalır. Balon ve içindeki gazın oluşturduğu sistemin yoğunluğu azaltılırsa sistemin yoğunluğu havanın yoğunluğundan küçük olur ve balon uçar. Bunun için ısıtmalı balonlarda balondaki hava biraz daha ısıtılır, helyum balonlarında ise balona biraz daha helyum gazı doldurulur. Balon ve içindeki gazın oluşturduğu sistemin yoğunluğu arttırılırsa sistemin yoğunluğu havanın yoğunluğundan büyük olur ve balon aşağı yönde hareket eder. Bunun için ısıtmalı balonlarda balondaki alev kapatılarak veya kısılarak hava biraz soğutulur, helyum balonlarında ise balondan dışarı biraz helyum gazı bırakılır. 17