Sıvıların Kaldırma Kuvveti Türleri ve Özellikleri

Sıvıların Kaldırma Kuvveti

Herhangi bir sıvının içerisinde tamamen veya kısmen batan her cisme, sıvı tarafından yer çekimine zıt yönde bir itme kuvveti uygulanır. Bu itme kuvvetine sıvıların kaldırma kuvveti denir.

Kaldırma Kuvvetinin Temel İlkesi

Örneğin, suya bıraktığınız tahta parçası yukarıda kalmaktadır. Tahta batmak ister, ancak suyun kaldırma kuvveti buna müsaade etmez. Sıvının tahtaya uygulamış olduğu kaldırma kuvveti, tahta tarafından yer değiştiren suyun ağırlığı kadardır. Diyelim ki siz tahtaya kuvvet uygulayarak batmasına yardımcı oldunuz. Bu halde daha çok sıvı yer değiştirecek ve dolayısıyla daha çok kaldırma kuvveti uygulanmış olacaktır. Aynı zamanda tahtanın su içerisindeki kalan kısmının hacmi, yer değiştiren suyun hacmi kadardır.

Kaldırma Kuvvetinin Hesaplanması

Kaldırma kuvveti (Fk), cismin ağırlığı (G), batan hacim (Vb), sıvının öz kütlesi (ds), cismin hacmi (Vc) ve cismin özkütlesi (dc) ile hesaplanır.

Fk = Vb x ds x G

G = Vc x dc x G

Fk = G olduğunda, (Vb x ds) = (Vc x dc) bağıntısı ile hesaplanır. Bu formüle göre sıvıların kaldırma kuvveti;

Sıvının öz kütlesine, cismin batan hacmine ve yer çekimi kuvvetine eşittir.
Kaldırma kuvvetinin, cismin sıvı içerisindeki yüksekliğine bağlı olmadığı görülmektedir.
Aynı zamanda kaldırma kuvveti sıvının yüksekliği ile de bağlantılı değildir.
Cismin şekli ile de bağlantısı yoktur.

Cisimlerin Sıvı İçerisindeki Konumları

Cisimler sıvı içerisinde üç farklı konumda bulunabilir.

1. Yüzen Cisimler

Sıvı içerisine bırakılan cismin, bir kısmı sıvı dışında bir kısmı da sıvı içerisinde olacak şekilde dengede ise; buna yüzen cisim denir. Cismin, sıvı üzerinde dengede kalabilmesi için öz kütlesinin sıvının öz kütlesinden küçük olması gerekir. (dc < ds)

2. Askıda Kalan Cisimler

Tamamen sıvı içerisinde olup taban ile temas etmeyen, yani taban ile üst yüzey arasında asılı kalan cisimlerdir. Bu cisimleri tabana kadar batırsanız bile temas keser ve yükselir. Hiçbir yer ile temas etmezler. Bu tür cisimlerin öz kütleleri sıvının öz kütlesi ile eşittir. Cisme uygulanan kaldırma kuvveti cismin ağırlığına eşittir. (dc = ds)

3. Batan Cisimler

Cismin sıvının tabanına çökmesi durumudur. Bunun için cismin öz kütlesinin sıvının öz kütlesinden büyük olması gerekir. Başka bir ifade ile, cismin ağırlık kuvveti sıvının kaldırma kuvvetini yenecek kadar büyük olmalıdır. (G > Fk, dc > ds)

Ekstra Bilgiler

Arşimet Prensibi

Arşimet Prensibi, bir cismin tamamen veya kısmen sıvıya batırıldığında, cismin yer değiştirdiği sıvının ağırlığına eşit bir kaldırma kuvveti ile karşı karşıya kaldığını ifade eder. Bu prensip, gemilerin yüzebilmesi ve balonların havada kalabilmesi gibi birçok uygulama için temel teşkil eder.

Sıvıların Kaldırma Kuvvetinin Uygulamaları

Gemilerin yüzebilmesi: Gemiler, suyun kaldırma kuvveti sayesinde yüzebilirler. Geminin ağırlığı, suyun kaldırma kuvveti ile dengelendiğinde gemi yüzer.
Balonlar: Helyum veya sıcak hava ile doldurulan balonlar, havadan daha hafif oldukları için yükselirler. Bu da sıvıların kaldırma kuvveti prensibine dayanır.