SUYUN KALDIRMA KUVVETİ

Deneyin Adı : Suyun Gücü ve Sıvının Kaldırma Kuvvetiyle Yoğunluk İlişkisinin İncelenmesi
Deneyin Amacı : Bazı katı cisimlerin herhangi bir sıvı içerisinde, havadaki ağırlığından daha hafif olduğunu görmek, dolayısıyla burada sıvının cisme karşı bir kaldırma kuvveti uyguladı-ğını görmek.
Teorik Bilgi :
Sıvıların içine batırılan cisimler, yukarıya doğru itilirler ve ağırlıklarından kaybederler. Bunun nedeni sıvıların kaldırma kuvveti dir. Kaldırma kuvvetinin varlığı, Arşimet adlı bilim adamı tarafından bulunmuştur.
Bütün sıvılar içlerinde bulunan maddeye kaldırma kuvveti uygularlar. Bu kuvvet cismin sıvı i-çindeki hacmine ve sıvının yoğunluğuna bağlıdır. Yani, cismin batan kısmının hacmi ve sıvı-nın yoğunluğu ne kadar büyükse, sıvının cisme uygulayacağı kaldırma kuvveti de o kadar bü-yük olmak zorundadır.
Deneyin Konusu ile İlgili Bilimsel Kavramlar :
Özkütle (yoğunluk) : Bir maddenin birim hacimdeki kütlesinin değerine özkütle denir. Özküt-lenin diğer bir adı da yoğunluktur. Simge olarak ( d ) ile gösterilir.
Ağırlık : Maddelerin yer çekimi yönünde gösterdikleri etkiye ağırlık denir.
Kaldırma Kuvveti : Sıvıların, içlerine atılan bir cisme karşı gösterdiği yer çekimi yönüne zıt o-lan etkiye kaldırma kuvveti denir.
Deneyde Kullanılan Araçlar :
• Dereceli Silindir
• Dinamometre
• Asma Ağırlık
• Su
• Amonyak

Deneyin Yapılışı :
- Dereceli silindire bir miktar su koyduk ve yüksekliğini ölçtük. Su yüksekliği 150 ml.
- Bir asma ağırlığı dinamometreye astık ve dinamometredeki değeri okuduk. 280 gr.
- Dinamometre ucundaki asma ağırlığı su içine gömülene kadar dereceli silindir içine indirdik. Su seviyesi yükseldi ve ağırlıkta bir hafifleme oldu. Yeni yükseklik 189 ml. ; yeni ağırlık 240 gr.
- Şimdi de, yine bir dereceli silindir içine bir miktar amonyak koyduk ve yüksekliği ölç-tük. Amonyak yüksekliği 131 ml.
- Dinamometre ucumdaki asma ağırlığı bu sefer amonyak içine gömülene kadar dereceli silindir içine indirdik. Su seviyesi yine yükseldi ve ağırlıkta bir hafifleme oldu. Yeni yükseklik 170 ml. ; yeni ağırlık 246 gr.



Ağırlık farkı = Fk = Vbatan x dsıvı


SU İÇİN
Cismin havadaki ağırlığı = 280 gr.
Cismin sudaki ağırlığı = 240 gr.
Suyun yoğunluğu = dsu = 1 gr/cm3
Su seviyesi farkı = Vbatan = 189 – 150 = 39 cm3
Ağırlık farkı = 280 – 240 = 40 gr.
Fk = 39 x 1 = 39 gr.
Fkaldırma ≡ Ağırlık farkı
AMONYAK İÇİN
Cismin havadaki ağırlığı = 280 gr.
Cismin amonyaktaki ağırlığı = 246 gr.
Amonyak yoğunluğu = dA = 0,91 gr/cm3
Amonyak seviyesi farkı = Vbatan = 170 – 131 = 39 cm3
Ağırlık farkı = 280 – 246 = 34 gr.
Fk = 39 x 0,91 = 35,49 gr.
Fkaldırma ≡ Ağırlık farkı

Deney ile İlgili Sorular ve Cevaplar :
SORU 1 : Her katı cisim suya batar mı? Neden?
CEVAP 1 : Her katı cisim su içine batmak zorunda değildir. Çünkü bir cismin suya batabil-mesi için ilk önce özkütlesinin suyun özkütlesinden büyük olması gerekir. Eğer özkütlesi su-yun özkütlesinden cisim batmaz.
SORU 2 : Herhangi bir cisim özkütlesi kendisininkiyle eşit bir sıvı içine bırakılırsa ne olur?
CEVAP 2 : Böyle bir durumda cisim su içinde dibe batmadan yüzer.
SORU 3 : Havuzda mı yoksa denizde mi yüzmek kolaydır? Niçin?
CEVAP 3 : Denizde yüzmek daha kolaydır. Çünkü deniz suyu tuzlu olduğu için özkütlesi da-ha fazladır ve dolayısıyla kaldırma kuvveti de fazla olacaktır. Göl suyunda daha kolay dibe batılır. Bu yüzden deniz suyu yüzme için tercih edilmelidir.
SORU 4 : Ağzına kadar su dolu ve eşit büyüklükte iki bardağın birisine tahta koysak, bu bar-daklardan hangisi daha ağır gelir?
CEVAP 4 : Bardaklardan ikisi de eşit ağırlıktadır. Çünkü yüzen tahta parçası kendi ağırlığı ka-dar suyu taşırmıştır. Yüzen cisimler daima ağırlığı kadar su taşırır.
SORU 5 : Denizin ortasında merdivenlerini suya değecek şekilde sarkıtmış bir gemi olsun. Her merdiven basamağı arası 40 cm. ve bu arada deniz suyu da her saat 20 cm. yükselmekte olsun. Acaba 4 saat sonra merdivenin kaç basamağı suyun içinde kalır?
CEVAP 5 : Deniz yükselirse, gemide yükselir. Dolayısıyla merdiven su içinde kalmaz.



SORU 6 : Suyun içine 20 cm3.’ lük bir cisim bırakılsa ve bu cismin 1/4’ü batsa, sıvının cisme uygulayacağı kaldırma kuvveti ne olur?
CEVAP 6 : 20/4 = 5 cm3. Fkaldırma = Vbatan x dsıvı ===> Fk = 5 x 1 = 5 gr
SORU 7 : Zeytinyağının içine 50 gr.’ lık bir cisim bırakılsa ve cismin yarısı batsa, zeytinyağı-nın cisme yaptığı kaldırma kuvveti ne olur?
CEVAP 7 : Meydana gelen kaldırma kuvveti 50 gr.’ dır. Çünkü bir cisim sıvı üzerinde yüzerse sıvının uyguladığı kaldırma kuvveti cismin ağırlığı kadardır.
SORU 8 : Zeytinyağı ve sirkeyi bir şişeye koyalım. Bu karışımı salata içine katmak istediği-mizde hangisi daha önce dökülür?
CEVAP 8 : Zeytinyağı önce dökülür. Çünkü yoğunluğu daha azdır ve üstte durur.
SORU 9 : Bir havuz içine 1 gr. cam mı atsak batar, yoksa 1000 gr. tahta mı atsak batar?
CEVAP 9 : 1gr cam batar. Çünkü 1000 gr tahta bizi aldatmamalıdır. Cisimlerin ağırlıkları de-ğil yoğunlukları önemlidir. 1 gr. cam daha yoğundur ve batar.
SORU 10 : Deniz içine, nefes alıp dalarsak mı kolay batarız; yoksa nefes verip dalarsak mı kolay batarız?
CEVAP 10 : Nefes verip dalarsak daha kolay batarız. Çünkü nefes aldığımızda akciğerlerimiz hava ile dolar; bu da vücut yoğunluğumuzu bir miktar azaltır.
SORU 11 : Bir futbol topu alıp havuza dalsak ve suyun dibindeyken topu bıraksak; aynı şekil-de bu olayı denizde de yapsak; acaba topun suyun yüzeyinden yukarı doğru fırlayışı denizde mi daha hızlıdır, yoksa havuzda mı?
CEVAP 11 : Denizde top daha hızlı dışarı çıkar. Çünkü denizin havuza göre kaldırma kuvveti daha fazladır.
SORU 12 : Akdeniz de mi yüzmek zordur; yoksa Karadeniz de mi?
CEVAP 12 : Karadeniz de yüzmek daha zordur. Çünkü Karadeniz’in tuzluluk oranı daha az-dır. Dolayısıyla Karadeniz’in Akdeniz’e göre kaldırma kuvveti düşüktür.
SORU 13 : Yere yapışık uzunca bir boru ve bu borunun en dibinde plastik bir top var. Biz bu topu borunun içinden nasıl çıkarabiliriz?
CEVAP 13 : Topu çıkarmak için borunun içine su doldurmamız yeterlidir. Su boru içine aktıkça kaldırma kuvveti etkisiyle topu yukarı doğru itmeye başlayacaktır.
SORU 14 : Yüzme havuzunda bir kayık olsun. Elimizdeki büyük bir metal topu havuza mı; yoksa kayığa mı atarsak su seviyesi daha fazla yükselir?
CEVAP 14 : Suyun içine batan bir cisim hacmi kadar, yüzen bir cisim ise ağırlığı kadar su ta-şırır. Metal top sudan daha yoğun ve ağır olduğu için, kayığa atılırsa daha fazla su yükselir.



SORU 15 : dsu = 1 gr/cm3 ; dyağ = 0,91 gr/cm3 ; tuzlu su = 1,3 gr/cm3 Bu sıvıların içine özkütlesi 1 gr/cm3’ lük bir cisim atılırsa son durumlar ne olur.
CEVAP 15 : Cisim su içinde yüzerek denge kalır; tuzlu su daha yoğun olduğu için cisim yü-zeyde durur; yağ ise daha az yoğun olduğu için cisim en dibe batar.
Deneyle İlgili Eleştiri Noktaları :
 Kullandığımız dinamometreler hassas ölçümler yapamayabilir. Bu nedenle ağırlık ha-talarıyla karşılaşmamız mümkündür.
 Aslında bu deneyde kullanılması gereken sıvılar, mümkün olduğunca yoğunlukları a-rası farkı yüksek olan sıvılar olmalıdır. Böylece daha net sonuçlar alınmış olur.
 Kaldırma kuvvetinin varlığını anlamak için fazla matematiksel hesaplar yapmaya ge-rek yoktur. Ufak bir topu bir leğen içine daldırıp, aniden bıraktığımızda, top yukarı doğru fırlar. Burada da kaldırma kuvvetinin varlığı anlaşılabilir.

Deneye Getirilen Yenilikler :
 Deneyde farklı yoğunluklarda daha başka sıvılarda kullanılabilir.
 Farklı yoğunluklu iki sıvının karıştırılmasıyla elde edilen yeni bir sıvı için, bu deney tekrar edilebilir. Oluşacak kaldırma kuvveti iki sıvının kaldırma kuvvetleri arasında bir değer çıkacaktır.
 Başka olarak, birbirine karışmayan iki sıvı bileşimi içine ağırlık indirilebilir. Örneğin yağ ve su burada kullanılabilir.

Deney Hangi Bilimsel ya da Teknolojik Gelişmelerin Temelini Oluşturmaktadır?
Parmaklarımızı bitiştirip içi su dolu bir kaba batıralım. Elimizi aşağıdan yukarıya doğru iten bir kuvvet hissederiz. Denizde yüzerken de bizi suyun yüzeyine iten bir kuvvet vardır. Çok büyük kütleli ve boyutlu gemiler bile suda Arşimet prensibi sayesinde yüzerler. Bütün bu örnekler bizlere, sıvıların bir kaldırma kuvveti olduğunu gösterir. Bu kaldırma kuvvetinin kul-lanıldığı alanlar ise oldukça fazladır.
İnsanların yiyecek ihtiyacından tutun da, turistik faaliyetler için bile şu anda suyun kal-dırma kuvvetinden yararlanılmaktadır. Bazı bölgelerde bulunan baraj gölleri, balık bakımın-dan zengindirler. Kayık, kaldırma kuvvetinden yararlanılarak yapılmış olduğu için kayık kul-lanan bir kısım balıkçılar hem geçimlerini sağlamak hem de insanların besin ihtiyacını karşı-lamak için bu yola başvurular. Yine aynı şekilde, kaldırma kuvvetinden yararlanılarak yapılan bir spor da raftingdir. Her yıl binlerce turist ülkemize gelerek bu sporla ilgilenirler. Turistlerin bu konudaki ilgi alanları bununla sınırlı kalmaz. Günümüzün yaygın sporlarından Jet-Ski , Sörf, Yelkenli, turistlerin ilgi odağı olmuştur.
Kaldırma kuvvetini kullanıldığı bir diğer alan ise taşımacılıktır. Kıbrıs'ın bir ada olması bakımından oraya yapılan gezilerde su yolu kullanılmaktadır. Ülkemizde bulunan Keban Gö-lü'nde bile iki köy arasında gidip gelmek için kayıkla veya sallar ile ulaşım gerçekleşir.
Toprakları deniz kıyısında bulunan ülkeler için su ve su yolları savunma bakımından bü-yük önem taşır. Kaldırma kuvveti ile su üzerinde durabilen binlerce tonluk savaş gemileri ya-pılarak ülkeler arası güvenlik sağlanır. Osmanlı Devleti zamanında, bir çok devlet sıcak de-nizlere açılıp ticaret yapmak istemişlerdir. Bunun için de su yolunu kullanmışlar; dolayısıyla da suyun kaldırma kuvvetinden yararlanmışlardır. Bu şekilde ticaretlerini geliştirerek dünya-nın sayılı ülkeleri haline gelmek istemişlerdir.
İşte Arşimet'in bulduğu kaldırma kuvvetinden, birçok devlet belki de bu prensibi bilme-den yararlanmışlardır. Sonuç olarak; suyun böyle bir özelliğinin farkında olmasaydık hayat bizim için belki de çok zor olacaktı. Unutmayalım ki, şu anda yüzüp, denizde seyahat edebili-yorsak, bunlar suyun kaldırma kuvveti sayesinde olmaktadır.

Deneyden Üretilebilecek Diğer Deneyler :
Tuzlu Suyun Kaldırma Kuvveti daha fazladır Deneyi
Bir şişeyi yarısına kadar su doldurduktan sonra ağzını kapatıp su dolu kabın içine yatay bir şe-kilde bırakalım. Suya battığı yeri işaretlediğimiz şişemizi çıkarıp, bir kez de tuzlu su içine bı-rakalım. Tuzlu su daha yoğun olduğu için kaldırma kuvveti daha fazladır. Bu nedenle şişemiz tuzla suya daha az batacaktır.