Tamamı veya bir kısmı bir akışkanın (sıvı veya gaz) içine batırılan cisimlere, yukarı doğru yönlenmiş bir kaldırma kuvveti etki eder. Bu kuvvet, cismin akışkana batmasıyla yer değiştiren akışkanın ağırlığına eşittir.
Arşimet prensibi, bir sıvı içindeki katı cisim, taşırdığı sıvının ağırlığına eşit bir batmazlık kuvveti ile yukarıya itilir. Ünlü bir deneyde Arşimet, aynı kütledeki altın bir taç ile bir altın külçesinin taşıracakları su miktarlarının aynı olması gerektiğini ileri sürmüş ve dediği çıkmayınca tacın saf altın olmadığını anlamıştır.
Suyun kaldırma kuvveti, Arşimet tarafından farkedilen ve ileri sürülen bir ilkeyle, açıklığa kavuşmuştur. Su, kendi yoğunluğundan da az yoğunluğa sahip olan cisimleri, yüzeyine doğru itmektedir. Yoğunluk farklılıklarından ortaya çıkan itme kuvveti etkisiyle cisim yüzmeye başlar. Burada her ne kadar gemi ve deniz mühendisliğinin alanına girdiğinden, örnek su olarak alınmışsa da bu ilke sıvılar için de genel kuraldır.
Yoğunluk karşılaştırması basit şekilde söyle yapılabilir: elinize alacağınız bir kabı taşana kadar doldurun. Tabi önce o kabı da ondan daha büyük olan başka bir kaba koyun. Sonrada yüzebilecek herhangi bir cismi kaba atın. Büyük kapta biriken taşma suyu, varsa bir ölçekle (çamaşır makinesi toz ölcüsü veya ölçekli su sürahisi de olur) hacmini, bir teraziyle de cismin ağırlığını ölçün. Sonra bir bölme işlemiyle cismin ağırlığını, hacme bölün. Bulduğunuz o rakam kabaca o cismin yoğunluğunu verir. Bu sayı birden küçükse kaba attığınız cisim şu an suda yüzüyor durumdadır. Birden büyükse suya batmıştır. Anlaşılacağı gibi içme suyu kullandığımız düşünülmüştür ve içme suyunun yoğunluğu 1'dir.
Aslında bu doğal olay yüzmenin de nasıl gerçekleştiğini ortaya koyar. Arşimet bu deneyi aynı büyüklükteki iki altın parçayı terazinin iki koluna bağlayıp birini suya batırarak yapmıştır. Yukarıda açıklanan kendi bulduğu yöntemle altınların ikiside gerçekse yoğunluklarının aynı kalacağını, biri farklı karışımlardan oluşan altınsa yoğunluk farkıyla ortaya çıkacağını ileri sürmüş ve kanıtlamıştır.
Yer değiştiren akışkanın hacmi, cismin batan kısmının hacmine eşittir. O halde hacmi (V) olan bir cisim, özgül ağırlığı (g) olan bir sıvıya tamamen batmış vaziyette ise, bu cisme etki eden kaldırma kuvveti:
F= V.g olur.
Cismin ağırlığı (G), sıvının kaldırma kuvvetinden büyük ise cisim batar. Bu durumda cismin özgül ağırlığı (gı), sıvının özgül ağırlığından büyüktür.
Cismin ağırlığı, sıvının kaldırma kuvvetine eşit ise, cisim sıvının içinde her yerde dengede kalabilir. Bu durumda cismin özgül ağırlığı sıvının özgül ağırlığına eşittir.
Özgül ağırlığı, sıvının özgül ağırlığından küçük olan cisimler ise bir kısmı batmış vaziyette yüzerler. Batan kısmın hacmi (VB) ile gösterilirse: F=VB.g olur. Yüzen cisimler denge halinde olduklarından F=G’dir.
Serbest bırakılan bir balonun, hava içinde kendiliğinden yükselebilmesi için, özgül ağırlığı havadan daha küçük olan Helyum ve Hidrojen gibi gazlarla şişirilmiş olması gerekir.
Kaldırma kuvvetinin sebebi, sıvı içine batmış olan cismin bütün yüzeylerine bu sıvı tarafından tatbik edilen basınç kuvvetleridir. Basınç, derinlikle orantılı olarak artar. Mesela ekseni düşey vaziyette olacak şekilde sıvıya batırılmış olan bir silindirin yan yüzeylerine etki eden basınç kuvvetleri (F2, F4, ...) birbirini dengeler. Halbuki alt yüzeyi daha derine batmış olduğundan bu yüze etki eden basınç kuvveti (F3), üst yüze etki eden basınç kuvveti (F1)den daha büyüktür. (F3) ve (F1) kuvvetlerinin bileşkesi ise yukarıya doğru olup, “sıvının kaldırma kuvveti”ne eşittir.
Şu halde, akışkanın cisme tatbik ettiği basınç kuvvetlerinin bileşkesi kaldırma kuvvetini verir. Kaldırma kuvveti, daima yerçekimi kuvvetine ters yönde olduğu için, akışkanlar içine batmış olan cisimlerin ağırlıklarında, boşluğa nisbetle bir azalma hissedilir.
İslam alimlerinden Ebu Sehl Kuhi (?-1014) “Basınç ve ağırlık merkezlerinin hesaplanması” konusu üzerinde çalıştığı gibi “Arşimet prensibi” üzerinde de araştırmalar yaparak derin tetkiklerde bulundu.
Bilhassa fiziğin “Dinamik” ve “Hidrostatik” konularındaki çalışmalarıyla tanınan İslam alimlerinden birisi de Hazini’dir. (1118-1155). Hazini, Arşimet kanununun sadece sıvılar için geçerli olmadığını, gazlar için de geçerli olduğunu ifade etti. Havanın da bir kaldırma kuvveti bulunduğunu ve hava içinde bulunan bir cismin ağırlığının, kaldırma kuvveti sebebiyle azalmış olduğunu, ağırlıkdaki bu azalmanın ise havanın yoğunluğuna göre değişeceğini söyledi.
Kullanıldığı yerler ve işler
- Cisimlerin kendi ağırlıklarının bulunması
- Şamandıra sistemleri
- Deniz taşıtları
- Hidrostatik Mühendisliği
0 Yanıt
2418 Gösterim