Madeni 1 Lira Suda Batarken 399m Boyunda Demirden Bir Yük Gemisi Neden Batmaz?
1-KALDIRMA KUVVETİ
Sıvıların hatta daha genel olarak akışkanların içlerine konulan cisimleri yukarı doğru itmesine kaldırma kuvveti diyoruz. Archimedes prensibi (M.Ö 250) olarak adlandırılan bu kural, bir sıvı içindeki katı bir cismin, taşırdığı sıvının ağırlığına eşit bir batmazlık (suya batmama) kuvveti ile yukarıya itildiğini belirtmektedir. Burada gemilerin yüzmesi açıklanmaya çalışıldığından örnek su olarak alınmışsa da bu ilke tüm akışkanlar için genel kuraldır
Buna göre bir sıvı içindeki katı cisim, taşırdığı sıvının ağırlığına eşit bir kuvvet ile yukarıya itilir. Su, kendi yoğunluğundan da az yoğunluğa sahip olan cisimleri, yüzeyine doğru itmektedir. Yoğunluk farklılıklarından ortaya çıkan itme kuvveti etkisiyle cisim yüzmeye başlar.
NOT:ÜSTTEKİ NET KUVVET = 0 BÖYLECE GEMİ BATMIYOR İPTAL
Hepimizin bildiği üzere yoğunluğu suyun yoğunluğundan büyük olan cisimler batar (taş ve demir çivi gibi) ve suyun yoğunluğundan küçük olan cisimler su üzerinde durur örneğin tahta parçası gibi.
Suyun üzerinde kalmak için bir cismin suyun yoğunluğundan daha az bir yoğunluğa sahip olması gerekir. Yani hafif veya ağır olmak değil, yoğunluk farkı önemlidir: Geminin batmama nedeni yoğunluktur. Kaldırma kuvveti cismin ağırlığına göre değil hacmine yani kapladığı yere göre uygulanır. Dolayısıyla gemiyi madeni 1 lira ile kıyaslarken ağırlığına göre değil öz kütlesine (yoğunluğuna) göre kıyaslama yapmalıyız.
2-YOĞUNLUK
Yoğunluk veya özkütle; fizikte ve kimyada, belirli sıcaklık ve basınç altında birim hacimdeki madde miktarıdır.
Yoğunluk = Kütle (kg) / Hacim (m3)
Yani gemilerin yoğunluğu suyun yoğunluğundan daha az olduğu için suyun kaldırma kuvveti daha etkili hale gelir ve gemi yüzer, her ne kadar gemi küçük bir taş parçasına kıyasla metalden yapılmış ve yüksek bir ağırlığa sahip olsa da. Geminin toplam yoğunluğuna bakıldığında sudan az olduğu görülecektir.
Gemiye uygulanan kaldırma kuvveti şu şekilde hesaplanır:
Kaldırma Kuvveti (F) = Geminin Batan Kısmın Hacmi (Yer değiştirdiği sıvının hacmi) x Yerini Değiştirdiği Sıvının Yoğunluğu x Ortamın yerçekimi ivmesi*
Arşimet İlkesi kaldırma kuvvetinin sıvının yer değiştiği suyun ağırlığına eşit olduğunu belirtir.
Geminin öz kütlesinin düşük çıkmasının nedeni içerisinde boşluk olmasıdır. Geminin şeklinden dolayı içinde boşluk oluşmaktadır. Bu da toplam öz kütlesini epey düşürmektedir. Gemilerin dizaynı da bu kaldırma kuvveti hesaplanarak yapılmaktadır.
Eğer gemimiz su almaya başlarsa, su geminin toplam yoğunluğunu arttıracaktır ve bu sebeple gemi batmaya başlayacaktır.
Ayrıca tuzlu suyun yoğunluğu tatlı suya göre daha fazla olduğundan aynı gemiye tuzlu suda daha fazla kaldırma kuvveti uygulanır ve aynı gemi tuzlu suda tatlı suya nazaran daha az batar.
Denizaltının mantığı da geminin mantığına benzer. İçinde boşluk olduğu için öz kütlesi düşük gelmektedir. Ancak denizaltının gemiye göre farklı durumları vardır. Çünkü denizaltılar sadece yüzeyde hareket etmez. Aynı zamanda suyun altında da ilerler.
Denizaltılar genellikle hava tankı taşır. Bu tankın hava ile doldurulmasıyla geminin su yüzeyine çıkması daha kolay hale gelir. Çünkü denizaltının öz kütlesi düşmektedir. Tanktaki havanın boşaltılması ile de denizaltının suyun altına dalması daha kolay hale gelmektedir.
Denizaltı, gemi, taş, tahta, bilye, madeni 1 lira, suya atılan hangi madde olursa olsun aynı kaldırma kuvveti ilkesi geçerlidir.
–
Kütle ve ağırlık birbirlerinden farklı kavramlara ve özelliklere sahiptir. Ağırlık, temel birimi Newton (N) olan ve yerçekimi tarafından cisme etki eden kuvvet olarak tanımlanırken, kütlenin temel birimi kilogramdır (kg)
Örneğin, 1.0 kilogram kütleye sahip bir cisim Dünya yüzeyinde tam olarak 9.81 newtona karşılık gelmektedir. Cismin kütlesi ağırlığa çevirilirken yer çekimi kuvvetiyle çarpılır. Newton birim kuvvetken, kilogram kütlenin birimidir. Cismin kütlesi her yerde aynı çıkarken, ağırlığı Dünya yerine Mars’ta ölçülürse yer çekimi düşük olduğundan dolayı daha düşük olacaktır.