SU, IÇINDEKI HER CİSMİ YÜZDÜREMEZ 

Sıvılar, içine batırılan cisimleri yukarı doğru iterler. Bu itme kuvvetine, sıvıların kaldırma kuvveti denir.

Balıkların su içinde, gemilerin ve kayıkların su üstünde yüzmesi suyun kaldırma kuvvetinin en güzel göstergesidir. Elimizle bir suya batırmaya çalıştığımızda da, suyun şişeyi yukarı doğru ittiğini rahatça gözlemleyebiliriz.

Sıvıların Kaldırma Kuvveti Nelere Bağlıdır?

Sıvıların cisimlere uyguladığı kaldırma kuvveti, sıvının,

a. öz kütlesine (ds), (yoğunluğuna)

b. batan cismin hacmine (Vb),

c. yer çekimi ivmesine (g) bağlıdır.

·          Bir cismi, önce havada, sonra su ve alkol içinde ayrı ayrı tartarak, kaldırma kuvvetinin sıvıların öz kütlesine bağlı olduğunu gözlemleyebiliriz. Cismin sudaki ağırlığı havadaki ağırlığından küçüktür. Çünkü su, cisme kaldırma kuvveti uygular. Alkolün yoğunluğu suyun yoğunluğundan daha az olduğu için, cisim alkol içinde sudakine göre biraz daha ağır gelir.

 Sıvıların Kaldırma Kuvvetinin Ölçülmesi 

Bir dinamometre ile bir taşı önce havada tartalım, ardından dereceli silindirdeki su içinde tartalım.

Cismin havadaki ağırlığından sudaki ağırlığını çıkardığımızda, suyun cisme uyguladığı kaldırma kuvvetini bulabiliriz. Aynı zamanda dereceli silindirde yükselen su seviyesinden taşın hacmini de bulabiliriz.

Archimedes Prensibi

Archimedes (Arşimet) Prensibine göre, bir cisme sıvı tarafından uygulanan kaldırma kuvveti, cismin sıvı içine batan kısmına denk hacimdeki sıvının ağırlığına eşittir.

Dolayısıyla sıvı içindeki bir cisme uygulanan kaldırma kuvvetini hesaplamak için, cismin sıvıya batan hacmini ve sıvının yoğunluğunu bilmek gerekir. 

Şekildeki deneylerde suyun cisme uyguladığı kaldırma kuvvetinin, cismin taşırdığı suyun ağırlığına eşit olduğu görülüyor. Taşan sıvının ağırlığı hesaplanarak kaldırma kuvveti bulunabilir.

Burada V_batan cismin suya batan kısmının hacmini; d_sıvı, sıvının öz kütlesini ve g yerçekimi ivmesini gösterir. Bunu sembollerle gösterirsek,

           V_batan=d_{sıvı X} g

ÖRNEK:

 Bir cisme suyun uyguladığı kaldırma kuvveti 0,43 N’dur. Suyun öz kütlesi 1000 kg/m3’tür. Buna göre, cismin batan kısmı kaç cm3’tür? (g=10 N/kg)

 ÖRNEK:

 Sıvı içerisindeki bir cisme, sıvı tarafından uygulanan kaldırma kuvveti aşağıdakilerden hangisine bağlıdır?

I. Sıvının öz kütlesine

II. Yer çekimi ivmesine

III. Cismin batan kısmının hacmine

IV. Sıvının hacmine

Cisimlerin Yüzme Şartı

Bir cisim, sıvı içine bırakıldığında, ya batar ya yüzer ya da sıvı içinde askıda kalır.

 1. Dibe Batma Durumu

Cismin yoğunluğu, içine bırakıldığı sıvının yoğunluğundan büyükse cisim dibe batar.

d_cisim > d_sıvı ise cisim sıvıya batar.

Bu durumda cismin ağırlığı, sıvının kaldırma

kuvvetinden daha büyüktür.

G_cisim > F_kaldırma

2. Askıda Kalma Durumu

Cismin yoğunluğu sıvının yoğunluğuna eşitse, cisim  sıvı içine bırakıldığı yerde askıda kalır. Cisim sıvı içinde dengede

durur.

d_cisim = d_sıvı ise cisim askıda kalır.

Bu durumda sıvının cisme uyguladığı kaldırma

kuvveti, cismin ağırlığına eşittir.

G_cisim = F_kaldırma

3. Yüzme Durumu

Cismin yoğunluğu, sıvının yoğunluğundan küçükse, cisim

sıvı üzerinde yüzer. 

d_cisim < d_sıvı ise cisim sıvı üzerinde durur.

Bu durumda da sıvının uyguladığı kaldırma kuvveti, cismin

ağırlığına eşittir.

G_cisim = F_kaldırma

ÖRNEK:

Kütle ve hacimleri aşağıda verilen cisimlerden hangisi yağın içine batar? (d_yağ=900 kg/m3)

A)     m = 600 kg  V = 1 m³

      B)   m = 400 kg  V = 0,4 m3

      C)   m = 300 kg   V = 0,6 m3

      D)   m = 32 kg     V = 0,04 m3

ÖRNEK:

Öz kütlesi bilinmeyen bir cisim alkole bırakılınca, cismin %40’ý alkol içinde kalacak şekilde yüzüyor.

Cismin ağırlığı 3,2 N ise, hacmi nedir? (d_alkol=800 kg/m3)

ÖRNEK:

Yandaki sistemde A cisminin ağırlığı 300 N, B cisminin ağırlığı 60 N’dur.

Sistem dengede olduğuna göre, A cisminin suya batan hacmi kaç dm3’tür? (d_su = 1000 kg/m3)

ÖRNEK:

Ali, K cismini suya bıraktığında cisim suya batıyor, fakat aynı cisim X sıvısında yüzüyor. Rıza L cismini suya bıraktığında cisim suda yüzüyor, fakat Y sıvısına bıraktığında sıvıya batıyor.

Bu deneyleri yapan Ali ve Rıza aşağıdaki sonuçlardan hangisini çıkaramaz?

A) K cismi L cisminden daha yoğundur.

B) L cismi X sıvısında batar.

C) X sıvısı Y sıvısından daha yoğundur.

D) K cismi Y sıvısına batar.

ÖRNEK:

Havadaki ağırlığı 20 N olan bir cismin su içindeki ağırlığı 12 N’dur. Bu cismin hacmi kaç dm3’tür? (d_su=1000 kg/m3, g=10 N/kg)