Transcript Gazların kaldırma kuvveti nelere bağlıdır?

KALDIRMA KUVVETİ
Çevremize baktığımızda gemi ve balıkların denizde yüzdüğünü, balonların havada uçtuğunu
gözlemleriz. Cisimlerin suda yüzmesini veya havada uçmasını sağlayan kuvvet nedir?
KALDIRMA KUVVETİ
•Bir topu suya attığımızda şekildeki
gibi dengede kalır. Dünya’ mızın
cisimlere çekim kuvveti
uyguladığını biliyoruz. Bu çekim
kuvvetine ağırlık denir.
•Ağırlık yerin merkezine doğru
(aşağı yönde) olur.
•Suda yüzmekte olan cisim dengelenmiş kuvvetler
etkisindedir.
•Ağırlık kuvveti aşağıya doğru olduğundan cismin suda
yüzmesini sağlayan kuvvet yukarı yönde olmalıdır.
•Sıvı tarafından cisme uygulanan, cismin ağırlığına zıt
yönde etki eden kuvvete kaldırma kuvveti denir.
KALDIRMA KUVVETİ
•Sıvı içerisindeki bir cisme sıvı
tarafından şekilde görüldüğü gibi
itme kuvvetleri uygulanır.
•Bu kuvvetlerin bileşkesi kaldırma
kuvvetini verir.
•Şekildeki suyun itme kuvvetlerini
incelediğimizde yataydaki
kuvvetlerin birbirini dengelediğini,
düşeydeki kuvvetlerden yukarı
yönde olan kuvvetin aşağı yönde
olan kuvvetten büyük olduğunu
görürüz.
SIVILARIN KALDIRMA KUVVETİ
•Bir cismi dinamometreye bağlayıp
cismin ağırlığını önce
havada, sonra suda ölçelim.
•Her iki durumda dinamometrenin
gösterdiği değer aynı mı?
• Dinamometrelerin farklı değer
göstermesi ne ile açıklanabilir?
•Şekil-l’de cismin havadaki ağırlığı 4 N,
•Şekil-ll’de sudaki ağırlığı 3 N
olarak bulundu.
• Cismin su içerisinde daha hafif
gelmesi, cisme suda kaldırma kuvveti
uygulanmasından kaynaklanmaktadır.
Cismin sudaki ağırlığı, havadaki ağırlığından daha
azdır.Çünkü cisme sıvı içerisinde cismin ağırlığına zıt
yönde kaldırma kuvveti uygulanır.
SIVILARIN KALDIRMA KUVVETİ •İçerisinde 200 mL su bulunan
NOT
•Şekil-I’deki kaba dinamometreye
bağlı bir cisim batırıldığında
•su seviyesi Şekil - II’de görüldüğü
gibi 300 mL oluyor.
•Bu duruma göre cismin hacminin
100 mL olduğunu söyleyebiliriz.
• Cismin suya batırılmasıyla yeri
değişen suyun hacmi 100 mL’dir.
•Yeri değişen suyun (100 mL su)
ağırlığı 1 N’dur.
•Cisme etki eden kaldırma kuvveti de
1 N’dur.
•Öyleyse cisme etki eden kaldırma
kuvvetinin yeri değişen sıvının
ağırlığına eşit olduğunu söyleyebilir
miyiz?
Sıvı içerisindeki cisme uygulanan kaldırma kuvveti, cismin havadaki
ağırlığı ile sıvıdaki ağırlığı arasındaki farka eşittir.
SIVILARIN KALDIRMA KUVVETİ
•Kaldırma kuvveti=Cismin havadaki ağırlığı -Cismin sıvıdaki ağırlığı
•FK = GH - GS
•Kaldırma kuvveti=Yeri değişen sıvının ağırlığına
Şekildeki gibi yüzmekte olan teknenin ağırlığı, teknenin
batan kısmına eşit hacimdeki sıvının (yeri değişen sıvının)
ağırlığına eşittir.
BAŞKA BİR DEYİŞLE
Taşma seviyesine kadar su ile
dolu olan kaba küresel bir cisim
bırakıldığında cisim şekildeki gibi
dengede kalıyor.
•Dereceli silindirde toplanan
sıvının hacmi, cismin hacmine
eşittir.
•Taşan sıvının ağırlığı, cisme etki
eden kaldırma kuvvetine eşittir.
Cisme sıvı tarafından uygulanan kaldırma kuvveti nelere bağlıdır?
Havadaki ağırlığı 3 N olan,
eşit bölmeli bir cisim,
sadece 1 bölmesi suya
batırıldığında
dinamometre 2,5 N’u,
2 bölmesi suya batırıldığında
dinamometre 2 N’u
gösteriyor.
Cismin 1 bölmesi suya batırıldığında cisme etki eden
kaldırma kuvveti: 3 N - 2,5 N = 0,5 N olur.
Bu duruma göre su; 1 bölmeye 0,5 N,
2 bölmeye 1 N’ luk kaldırma kuvveti uygulamıştır.
Cisim suya batırıldıkça cisme etki eden kaldırma kuvveti
artmıştır.
SONUÇ
Kaldırma kuvveti, cismin batan kısmının hacmi ile doğru orantılıdır.
Cisme sıvı tarafından uygulanan kaldırma kuvveti nelere bağlıdır?
Havadaki ağırlığı 3 N, hacmi 100
ml olan bir cisim
Önce suya,
sonra alkole batırılıyor.
Dinamometrede okunan
değer :
suda 2 N,
alkolde 2,2 N olur.
Bu duruma göre cisme
suda 1 N,
alkolde 0,8 N’luk
kaldırma kuvveti etki eder.
Suyun yoğunluğu, alkolün yoğunluğundan büyük olduğundan
sudaki kaldırma kuvveti alkoldekinden fazla olmuştur.
SONUÇ
Kaldırma kuvveti, sıvının yoğunluğu ile doğru orantılıdır.
Alıştırma yapalım
Şekil -1’de dinamometreye asılı
bulunan cismin ağırlığı 20 N’dur.
Cisim,
Şekil -2’deki gibi yarısı suya batacak
şekilde tutulduğunda dinamometrede
okunan değer 16 N olmaktadır.
Bu bilgiye göre aşağıdaki soruları cevaplayınız.
a.Cismin sudaki ağırlığı kaç Newton'dur?
b.Cisme etki eden kaldırma kuvveti kaç Newton'dur?
c.Cisim tamamen suya batırılırsa kaldırma kuvveti kaç
Newton olur?
d.Cisim tamamen suya batırılırsa dinamometrenin gösterdiği
değer kaç Newton olur?
Özdeş demir bilyeler K, L ve M
dinamometreleri ile şekildeki
gibi alkol ve su içinde
dengededir.
Buna göre aşağıdaki karşılaştırmaları yapınız.
a.Kaplardaki sıvıların bilyelere uyguladığı kaldırma kuvvetlerinin karşılaştırılması:
3
2
1
b.K, L ve M dinamometrelerinde okunan değerlerin karşılaştırılması;
1
2
3
200 gram kütleli homojen K cismi içinde 100 cm3 su bulunan dereceli
kaba atıldığında kaptaki su seviyesi 10 cm3 kadar yükseliyor.
I.K cisminin hacmi 10 cm3'tür.
II.K cisminin yoğunluğu 20 g/cm3'tür.
III.K cismine etkiyen kaldırma kuvveti cismin ağırlığına eşittir.
Buna göre yukarıdaki yargılarda hangisi veya hangileri doğrudur?
A). Yalnız II
B). Yalnız III
C). I ve
D). I ve II
Mustafa bir cismi Şekil -1 deki gibi havada tartıyor. Daha sonra Şekil - II deki
taşırma kabında tartıyor.
Mustafa şekillerde belirtilen sonuçları elde ettiğine göre, aşağıdakilerden
hangisi söylenemez?
A)Cismin ağırlığı 40 N dur.
B)Taşırma kabındaki sıvının cisme uyguladığı kaldırma kuvveti 40 N dur.
C)Şekil - II de dinamometre 0 N gösterir.
D)Cismin yoğunluğu sıvının yoğunluğuna eşittir.
K cismi, kütlesi ve hacimleri verilmiş X, Y, Z, T sıvılarında ayrı ayrı tartılıyor.
Buna göre, cisim hangi sıvıda tartıldığında, dinamometrede okunan değer en
küçük olur?
(Cismin yoğunluğu srvılarınkinden büyüktür.)
A) X
B) Y
C) Z
D) T
Şekildeki bakır levhanın suya bırakıldığında yüzebilmesi için
aşağıdakilerden hangisi yapılmalıdır?
A)Levhanın ortasına bir delik açmak
B)Ortadan ikiye katlamak
C)Yarısını kopartmak
D)İç hacmini büyütecek şekilde büküp tas hâline getirmek
K düzeyine kadar su dolu kap içindeki X
ve Y katı cisimleri şekildeki gibi
dengededir. Kabın üzerindeki musluk
açılıp kap L düzeyine kadar suyla
doldurulduğunda, D1 ve D2
dinamometrelerinin gösterdiği değerler
için ne söylenebilir?
(Dinamometrelerin ağırlıktan ihmal
ediliyor. Başlan gıçta D1 ve D2 sıfırdan
farklıdır.)
A)
B)
C)
D)
D1
Azalır
Artar
Değişmez
Azalır
D2
Artar
Artar
Değişmez
Azalır
Aşağıdaki olayların hangisinde, kaldırma kuvvetinin etkisi doğrudan gözlenemez?
A)
B)
C)
D)
Bir öğrenci ağırlığı bilinen K cismini dinamometrenin ucuna asarak su dolu
kaplara şekillerdeki gibi bırakıyor ve her durumda dinamometrenin gösterdiği
değerleri not ediyor.
Öğrenci bu deneyde aşağıdaki sorulardan hangisinin cevabına ulaşmayı
amaçlamıştır?
A)Yaylardaki uzama yayın cinsine bağlı mıdır?
B)Bir cisme etkiyen kaldırma kuvveti sıvının cinsine göre değişir mi?
C)Cisimlerin hacimleri, ağırlıklarının değişmesini sağlar mı?
D)Bir cismin batan kısminin hacmi, cisme etkiyen kaldırma kuvvetinin
değerini etkiler mi?
Pınar, buz kütlesini Şekil-1'deki gibi kabın içine attığında su seviyesinin
Şekil-2'deki gibi olduğunu görüyor. Bir süre sonra buzun tamamı eridiğinde
de Şekil-2'de verilen su seviyesinin hiç değişmediğini gözlemliyor.
Pınarın yaptığı deneyle ilgili aşağıda verilen yorumlarından hangisi
yanlıştır?
A.Su donarken yoğunluğu azalmıştır.
B.Su 10 cm3 yer değiştirmiştir.
C.Buz tamamen eridiğinde suyun seviyesi 5 cm3 artmıştır.
D.Buzun tamamı eridiğinde, su dışındaki hacmi kadar küçülmüştür.
Ekin, düzensiz şekilli bir kaya parçasının yoğunluğunu hesaplamak istiyor.
Ekin’in doğru hesaplama yapabilmesi için kullanacağı araç-gerecin
sembolleri hangi seçenekte verilmiştir?
GAZLARIN KALDIRMA KUVVETİ
Acaba gazlar da cisimlere kaldırma kuvveti
uygular mı?
GAZLARIN KALDIRMA KUVVETİ
Cisimlerin havadaki ağırlığı ile havasız ortamdaki ağırlığı aynı mıdır?
Şekil -1 deki hava ortamında eşit kollu terazi kollarına asılmış
tahta ve demir bilyeler dengededir. Kabın içindeki hava
vakumlanarak boşaltıldığında dengenin Şekil - II deki gibi
bozulduğu ve tahta kısmının ağır bastığı görülmektedir. Hava
ortamında dengede iken,havasız ortamda dengenin
bozulmasının nedeni acaba havanın kaldırma kuvvetiyle mi
ilgilidir?
Küçükken aldığımız uçan
balonları serbest bıraktığımızda
havada yükselir.
İnceleme ve ulaşım için
kullanılan uçan balonlar hava
içinde nasıl yükselir?
Balonların havada yükselmesi
bir gaz karışımı olan havanın da
sıvılar gibi cisimlere kaldırma
kuvveti uyguladığını gösterir.
Şekildeki kap vakumlanarak gaz boşaltılıyor.
Bu durumda dinamometrenin gösterdiği değer değişir mi?
Şekil-l’deki dinamometrenin gösterdiği değer
Şekil-ll’deki dinamometrenin gösterdiği değerden
daha küçük olur.
Bunun nedeni havanın cisme kaldırma kuvveti uygulamasıdır.
Havadaki balona etki eden kuvvetler :
ağırlık ve kaldırma kuvvetidir.
Ağırlık aşağı doğru,
kaldırma kuvveti yukarı yöndedir.
NOT
Gazların cisimlere uyguladığı kaldırma kuvveti,
cismin hacmine eşit hacimdeki gazın ağırlığına
eşittir.
Örneğin bir futbol
topuna etki eden
havanın kaldırma
kuvveti futbol topunun
hacmi kadar hacimdeki
havanın ağırlığına
eşittir
Gazların yoğunluğu, sıvıların yoğunluğundan
çok küçük olduğundan bir cisme gaz ortamda
etki eden kaldırma kuvveti sıvıdakine göre çok
küçüktür.
Gazların kaldırma kuvveti nelere bağlıdır?
İçerisinde helyum
bulunan balonlardan
L balonuna,
K balonunun 2 katı
kadar kaldırma
kuvveti etki eder.
Neden ?
.Çünkü hacmi L:2K
olduğu için
Eşit hacimli M ve N balonları d ve 2d yoğunluklu gazların içerisindedir.
Bu durumda N balonuna etkiyen kaldırma kuvveti,
M balonuna etkiyen kaldırma kuvvetinin 2 katına eşittir.
SONUÇ
Gazların kaldırma kuvveti, cismin hacmi gazın yoğunluğu ile
doğru orantılıdır.
Alıştırma yapalım
Bir uçan balon yerden h kadar yükseklikte dengede
durmaktadır.
Balonun yukarı doğru yükselmesi için,
I. Isıtıcının çalıştırılarak balon içindeki gazın ısıtılması
II. Balon içindeki gazın azaltılması
III. Sepete bağlı ağırlıkların aşağı atılması
işlemlerinden hangileri yapılmalıdır?
A)Yalnız l
C) I ve II
B) Yalnız III
D) I ve III
Bir öğrenci çocuk balonuna bağlı ipin ucuna küçük ataşlar asarak balonun
şekildeki gibi hava ortamında dengede kalmasını sağlamıştır.
Buna göre, öğrenci yaptığı bu deney sonucunda, aşağıdaki sorulardan
hangilerinin cevabını verebilir?
I. Balon ve ataşlara yer çekimi kuvveti etki eder mi?
II.Hava balona kaldırma kuvveti uygular mı?
III.Sıcaklık artırıldığında balonun havadaki konumu değişir mi?
A)Yalnız l
B) I ve II
C) I ve III
D) I, II ve III
Ege‘ye annesi oyun parkında uçan balon satın almıştır. Uçan balonu,
Ege’nin elinden uçmaması içinde koluna bağlamıştır.
Ege‘nin balonunun yükselme nedeni aşağıdakilerden hangisi ile
açıklanamaz?
A).Havanın bir kaldırma kuvvetinin olmasıyla
B).Balonun hacminin fazla olmasıyla
C).Isınan havanın yükselmesiyle
D).Balonun içindeki gazın yoğunluğuyla
Su televizyonda şekildeki gibi bir balonun içinde bulunan havanın ısıtılarak
yukarı doğru hareket ettirilebildiğini izlemişti.
I.Soğuk hava sıcak havadan daha yoğundur.
II.Balonun içine havadan daha az yoğun olan helyum gazı konulmuş olabilir.
III.Havanın belirli bir kaldırma kuvveti vardır.
Su bunun nedenini; yukarıdaki bilgilerden hangisini veya hangilerini
kullanarak açıklamıştır?
A. Yalnız I
C. Yalnız III
B. Yalnız II
D. I ve III
Deren, K, L, M balonlarının içine farklı hacimlerde helyum gazı doldurarak
yayın ucuna astığında yaydaki uzama miktarlarının (XK, XL ve XM) farklı
olduğunu ölçüyor.
Buna göre XK, XL ve XM arasındaki büyüklük ilişkisi nasıl olur?
A). XK > XL > XM
B). XM > XK > XL
C). XK = XL = XM
D). XM = XL > XK
Bazı Cisimler Neden Yüzer?
Su içinde bazı cisimlerin neden yüzdüğünü bazılarının ise
neden battığını anlamak için cisimlerin yoğunluklarını ve
yoğunlukların nasıl hesaplandığını araştıralım. Düzgün
geometrik cisimlerin kütlesi eşit kollu terazi ile
ölçüldükten sonra, boyları ölçülen cisimlerin hacimleri
hesaplanır.
Bir cismin kütlesini hacmine bölerek yoğunluğunu hesaplayabiliriz.
Yoğunluğu d. kütleyi m, hacmi ise V olarak gösterirsek yoğunluk,
bağıntısı ile bulunur.
Bir cismin kütlesini hacmine bölerek yoğunluğunu hesaplayabiliriz
Yoğunluğu d. kütleyi m, hacmi ise V olarak gösterirsek yoğunluk,
bağıntısı ile bulunur.
Bu üçlü arasındaki eşitlik şekildeki üçgen
yöntemiyle, akılda daha kalıcı olarak kullanılır.
Yoğunluk birimi, kütle biriminin hacim birimine
bölünmesiyle bulunur.
o halde yoğunluk birimi g/cm3,
Saf maddelerin özkütleleri birbirinden farklıdır. Normal koşullar
altında demirin özkütlesı 7.8 g/cm3, tahtanın özkütlesi 0.6 g/cm3,
mantarın özkütlesi 0.4 g/cm3 tür.
NOT :
.Özkütle maddeler için ayırt edici
bir özelliktir.
. Aynı şartlarda özkütleleri eşit olan
maddeler aynı madde olabilir.
Özkütlesi farklı olan maddeler ise
kesinlikle farklıdır.
Alıştırma yapalım
Kütle (m) - hacim (V) grafiği şekildeki gibi olan N ve R maddelerinin
özkütlelerini karşılaştırınız.
Grafik yardımıyla cisimlerin yoğunluklarını bulalım.
Yoğunluk d = m/v bağıntısı İle bulunur.
dN = 80/20= 4 g/cm3
dR = 60/40= 1,5 g/cm3
dN > dR dir
Yoğunluğu 1,4 g/cm3 olan K cisminin kütlesi 2800 gramdır. Bu
cisim taşma seviyesine kadar yoğunluğu 0,8 g/cm3 olan sıvı
içine atıldığında şekildeki gibi tamamen sıvıya batıyor ve
dışarıya bir miktar sıvı taşıyor.
Buna göre taşan sıvının kütlesi kaç gramdır?
A) 2800
C) 1600
B) 2000
D)1400
Kütlesi 0,2 kg olan bir cisim yoğunluğu 1 g/cm3 sıvı ile dolu
bir kaba bırakıldığında cismin tamamı sıvı içine batıyor ve
dışarıya 50 cm3 sıvı taşıyor.
Buna göre bu cismin yoğunluğu kaç g/cm3’tür?
A) 4
B) 5
C) 6
D) 7
Taşma seviyesine kadar sıvı ile dolu olan kaba bir cisim bırakıldığında cismin sıvıda
yüzdüğü ve dışarıya bir miktar sıvı taştığı görülüyor. Buna göre;
Yukarıdaki öğrencilerden hangilerinin söylediği ifadeler doğrudur?
A)Ayça ve Arif
B)Ayça ve Nihal
C)Arif ve Nihal
D)Ayça, Arif ve Nihal