Kaldırma Kuvveti

TYT Fizik: Kaldırma Kuvveti Konu Özeti

Kaldırma kuvveti, sıvı veya gaz içinde bulunan cisimlere etki eden ve cismin ağırlığını dengelemeye çalışan yukarı yönlü kuvvettir. Bu kuvvet sayesinde cisimler sıvılarda veya gazlarda yüzebilir. Kaldırma kuvveti, Arşimet Prensibi ile açıklanır ve sıvıların ya da gazların yoğunluğuna bağlı olarak değişir.

1. Kaldırma Kuvveti Nedir?

Kaldırma kuvveti, sıvı veya gaz içinde bulunan bir cisme, cismin yerini değiştirdiği sıvı veya gazın ağırlığı kadar etki eden yukarı yönlü kuvvettir. Bu kuvvet, cisimlerin su veya havada yüzebilmesine olanak tanır. Kaldırma kuvvetinin büyüklüğü şu şekilde ifade edilir:

Kaldırma Kuvveti (F_K) = V_batık × d_sıvı × g

• F_K: Kaldırma kuvveti (Newton - N)
• V_batık: Cismin sıvı içinde batan kısmının hacmi (m³)
• d_sıvı: Sıvının yoğunluğu (kg/m³)
• g: Yerçekimi ivmesi (9.8 m/s²)

Arşimet Prensibi’ne göre, bir sıvı içine batırılan cisim, yer değiştirdiği sıvının ağırlığı kadar yukarı yönlü bir kuvvete maruz kalır.

2. Arşimet Prensibi

Arşimet Prensibi, bir cismin sıvı veya gaz içinde batması durumunda, yer değiştirdiği sıvının ağırlığı kadar bir kaldırma kuvvetine maruz kaldığını belirtir. Bu prensip şu şekilde ifade edilir:

Bir cisim, tamamen veya kısmen bir sıvıya batırıldığında, cisme uygulanan kaldırma kuvveti, cismin yerini değiştirdiği sıvının ağırlığına eşittir.

Bu ilke sayesinde gemiler su üzerinde yüzebilir ve balonlar havada yükselebilir.

3. Cisimlerin Sıvıda Yüzme ve Batma Durumları

Cismin sıvı içinde yüzmesi, batması veya askıda kalması, cismin yoğunluğu ile sıvının yoğunluğu arasındaki ilişkiye bağlıdır:

• Yüzer: Eğer cismin yoğunluğu sıvının yoğunluğundan küçükse, cisim yüzeyde yüzer. Bu durumda kaldırma kuvveti cismin ağırlığına eşittir.
• Batar: Eğer cismin yoğunluğu sıvının yoğunluğundan büyükse, cisim batmaya başlar. Bu durumda kaldırma kuvveti, cismin ağırlığından küçüktür.
• Askıda Kalır: Eğer cismin yoğunluğu sıvının yoğunluğuna eşitse, cisim sıvı içinde askıda kalır. Kaldırma kuvveti cismin ağırlığına eşittir.

4. Kaldırma Kuvveti ve Yoğunluk İlişkisi

Bir cismin sıvı içinde maruz kaldığı kaldırma kuvveti, cismin hacmi ile sıvının yoğunluğu ile doğru orantılıdır. Cismin yoğunluğu arttıkça batma eğilimi gösterir. Sıvının yoğunluğu arttıkça ise kaldırma kuvveti de artar. Tuzlu suyun tatlı sudan daha yoğun olması, cisimlerin tuzlu suda daha kolay yüzmesine neden olur.

5. Gazlarda Kaldırma Kuvveti

Gazlarda da kaldırma kuvveti bulunur. Helyum dolu bir balonun havada yükselmesinin sebebi, havadan daha az yoğun olması ve havanın uyguladığı kaldırma kuvvetidir. Balonun yer değiştirdiği havanın ağırlığı kadar kaldırma kuvveti oluşur.

Hap Bilgiler

• Kaldırma kuvveti, sıvı veya gazlarda cisimlerin yer değiştirdiği sıvının veya gazın ağırlığı kadar bir kuvvettir.
• Arşimet Prensibi, bir cismin yer değiştirdiği sıvının ağırlığı kadar bir kaldırma kuvvetine maruz kaldığını belirtir.
• Cismin sıvıda yüzüp yüzmemesi, cismin ve sıvının yoğunluğu ile ilgilidir.
• Gazlarda da kaldırma kuvveti vardır; helyum gibi hafif gazlar, havaya göre daha az yoğun olduğu için yükselir.

Soru Çözümü İçin İpuçları

• Kaldırma Kuvveti Hesaplamaları: Kaldırma kuvvetini hesaplarken, cismin batan kısmının hacmi ile sıvının yoğunluğunu dikkate alın.
• Yüzme ve Batma Soruları: Cismin yoğunluğu ile sıvının yoğunluğunu kıyaslayın; cisim sıvıdan yoğun ise batar, değilse yüzer.
• Arşimet Prensibi: Kaldırma kuvvetini hesaplarken yer değiştiren sıvının ağırlığını kullanın.

Örnek Sorular ve Çözümleri

Örnek Soru 1:

Bir cisim tamamen suya batırıldığında 30 N’luk bir kaldırma kuvvetine maruz kalıyor. Cismin suya batırılan kısmının hacmi 0.003 m³ olduğuna göre, suyun yoğunluğu kaç kg/m³'tür? (g = 9.8 m/s²)

Çözüm:

Kaldırma kuvveti formülü: F_K = V_batık × d_sıvı × g

F_K = 30 N, V_batık = 0.003 m³, g = 9.8 m/s²

30 N = 0.003 m³ × d_sıvı × 9.8 m/s²

d_sıvı = 30 N / (0.003 m³ × 9.8 m/s²) = 1020 kg/m³

Suyun yoğunluğu 1020 kg/m³'tür.

Örnek Soru 2:

100 cm³ hacmindeki bir tahta parçası, yoğunluğu 0.8 g/cm³ olan bir sıvıda yüzmektedir. Tahtanın sıvı içine batan kısmının hacmi kaç cm³'tür?

Çözüm:

Yüzen bir cismin yoğunluğu, batan kısmının hacmi ile sıvının yoğunluğu arasında şu ilişki vardır:

d_cisim / d_sıvı = V_batık / V_cisim

Tahtanın yoğunluğu d_cisim = 0.8 g/cm³, sıvının yoğunluğu d_sıvı = 0.8 g/cm³ ve tahtanın toplam hacmi V_cisim = 100 cm³

0.8 / 0.8 = V_batık / 100 cm³ → V_batık = 100 cm³

Tahtanın batan kısmı 100 cm³'tür, yani tamamen batmıştır.