Popüler Bilim Tüm Yazılar

Suyun Kaldırma Kuvveti

Hazırlayan: Alperen Erol

Su, canlı yaşamının vazgeçilmezlerinden. Dünyamız yüzeyinin %71’inin de su ile kaplı olduğunu göz öne alırsak, su gerçekten hem kozmik, hem de mikro seviyede çok önemli rol oynuyor. Hâl böyle olunca geçmişten günümüze birçok biliminsanı suyun yapısını incelemeye çalışmıştır. Dilerseniz eski çağlardan günümüze akışkan yasalarının nasıl evrimleştiğine bir bakalım.

Suyun çok büyük bir ihtiyaç olmasındandır ki su, birçok felsefi akıma yön vermiş ve pek çok dinde de kendine büyük yer bulmuştur. Su ile ilgili felsefi akımlara bakarsak öne çıkan isimlerden biri Tales’tir. Tales’in hipotezine göre evren tek bir maddeden ortaya çıkmıştır – tabi ki de “su”dan.

Aristo, Tales’in görüşlerinden etkilenmiş olacak ki kendince evrendeki maddeleri şu şekilde listelemiştir;

  • Ateş
  • Su
  • Toprak
  • Hava
  • Tahta… değil elbette; Eter.

Biz asıl konumuz fiziksel yasalara geri dönersek felsefinin yanında o dönemlerde de su ile ilgili büyük bir buluş gerçekleşti. Hepimizin bildiği gibi bu buluş Arşimed’in suyun kaldırma kuvvetinden başka bir şey değil. Peki nedir bu suyun kaldırma kuvveti?

archimedes

Arşimed yasası ya da prensibi suyun kaldırma kuvvetini tanımlar. Bu yasaya göre bir akışkana (gaz yada sıvı) kısmen ya da tamamıyla batırılmış bir nesne eğer hareketsiz duruyorsa kütleçekim kuvveti yukarı doğru etki eden bir kuvvet ile dengelenmiştir. Günümüzde akışkanların hareketsiz olduğu bilim dalı hidrostatik olarak bilinir ve barajlardan gemilere kadar birçok uygulama alanı vardır. Bu kaldırma kuvvetinin değeri nesnenin suya batırılmasıyla beraber yer değiştiren sıvı yada gazın ağırlığı ile aynıdır. Ayrıca yer değiştiren sıvı yada gazın hacmi, suya nesnenin hacminin ne kadarının batırıldığına eşittir. Bugün gemilerin su üzerinde durma prensibi buna dayanmaktadır.

İşin ilginç bir yanı ise Arşimed zamanında denklem kavramının olmayışı… Bugün denklemlerle ifade ettiğimiz birçok fiziki kanun o günlerde iki şeyin birbirine oranı ile ifade edilmeye çalışılmıştır. Örnek vermek gerekirse, buzun özkütlesini ölçmek istiyoruz. Arşimed kanunundan biliyoruz ki yer değiştiren suyun ağırlığı, buzun suya batan kısmın ağırlığına eşit olmak zorunda. Bu dediklerimizi denklemlerle ifade edersek;

d1

 

 

Bu denklemde ρV ifadesi kütleyi ifade etmekte ve g ile çarpınca kütleçekimi kuvveti tarafından dengelenen kuvveti buluyoruz. Eğer denklemi biraz daha düzenlersek;

d2

Suyun özkütlesini bilmiyoruz varsayalım ve referans noktasını 1 olarak alalım. Buzun suya batan kısmını ölçerek suyun buza göre ne kadar yoğun olduğunu bulabiliriz. Evde deneyebileceğiniz basit bir deneyle buzun %92’sinin suya battığını göreceksiniz. Eğer suyun özkütlesi oda şartlarında 1000 kg/m3 ise buzun özkütlesi 920 kg/m3 olarak bulunabilinir. Buz dağının görünmeyen yüzü olarak ifade edilen kısım aslında buz dağının %92’sini oluşturur ki Titanik’in neden battığını şimdi daha iyi anlayabilirsiniz.

Yer değiştirilen sıvı ya da gazın nesnenin ağırlığından az olması durumunda ise nesne yüzeye çıkmaya çalışacaktır. Ta ki yer değiştiren sıvı ya da gazın üzerine etki eden kaldırma kuvvetine denk olasıya kadar. Peki ama kaldırma kuvveti neden oluşur? Cevap aslında kütleçekim kuvvetinde gizli. Nesne sıvı içerisinde derinlere indikçe üzerine etki eden basınç artacak ve bu da cisme kaldırma kuvveti uygulayacaktır. Basıncın derinlik ile armasındaki tek sebep ise kütleçekim ivmesi ile doğru orantılı olmasıdır. Şu denklem ile basınç ve yükseklik ile ilişki kurulabilir;

d3

Burada P basıncı, g kütle-çekim ivmesini ve h’de yüksekliği ifade eder. Eğer ailenizle pikniğe gidecek olursanız çeşmeli şaşallar ile basit bir deney yapabilir ve şaşalı daha yükseğe kaldırdığınızda suyun daha kuvvetli aktığını görebilirsiniz. Bu yasa Pascal yasası olarak bilinir ve Pascal yasasına da bir başka yazımızda değineceğiz…

Alperen Erol

Hep daha fazla okumak gerekir...

Yazar Hakkında

Alperen Erol

Avustralya’nın Monash Üniversitesi’nde makine mühendisliği öğrencisiyim. Astronomiye küçüklüğümden beri hayranlık duysam da ilk resmi tanışmamız Stephen Hawking’ in kitaplarını okumakla başladı. Ve bildiklerimi burada sizlere aktarmaya çalışıyorum.