9. SınıfFizik
Fizik · 9. Sınıf · Akışkanlar
Bu derste Kaldırma Kuvveti ve Bernoulli İlkesi kavramını çalışacağız. Konuyu gözlemden sayısal ilişkiye doğru kuracağız; aradaki bağı kurmadan formüle geçmek en sık yapılan hatadır.
Dersten sonra şunları yapabiliyor olmanız gerekiyor:
Bu konunun dayandığı temel Sıvılarda Basınç ve Açık Hava Basıncı başlığıdır. Sıvılarda Basınç ve Açık Hava Basıncı konusunda kazanılan bilgiyi burada yeniden kullanacağız, bu yüzden o konudaki tanım ve çıkarımları hatırlamak işimizi kolaylaştırır.
Akışkan içindeki her cisim, aşağı doğru ağırlığına karşılık yukarı doğru bir kuvvetle itilir. Bu kuvvete kaldırma kuvveti denir. Kaldırma kuvvetinin büyüklüğü yalnız cismin değil, içinde bulunduğu sıvının özellikleriyle belirlenir: sıvının öz kütle arttıkça ve cismin hacmi arttıkça kaldırma kuvveti de artar. Cismin kendi yoğunluğu sıvının yoğunluğundan küçükse yukarı doğru itki fazladır ve cisim yüzer.
Kalın bir çubuğu parmağınızla bastırırken suyun içindeki hava kabarcığını yakalamaya çalışmanız kaldırma kuvvetine günlük bir örnektir: kabarcık kaçmak isterken yakalanması zordur çünkü akışkan onu yukarı doğru iter. Denizde duran bir insanın neredeyse tamamı suyun altında kalmasına rağmen yüzmesinin nedeni de budur.
Arşimed ilkesi, bir cismin sıvıya daldırıldığında kaybettiği ağırlığının, sıvıya yaptığı itme kuvvetine eşit olduğunu söyler. Kaldırma kuvveti Fk = d · V · g bağıntısıyla hesaplanır; burada d sıvının öz külesi, V cismin sıvıya daldırılan hacmidir. Cismin öz kütlesi sıvınınkinden küçükse Fk > ağırlık ve cisim yüzerek dengelenir; büyükse batar; eşitse sıvının içinde her yerde asılı kalır.
Gemilerin boşken de yüzebilmesi, içi boş olmalarına ve ortalama yoğunluklarının suyunkinden küçük olmasına bağlanır. Pirinçten yapılmış bir çivi suya atılırken tahtadan yapılmış bir levha yüzer; belirleyici olan maddenin yoğunluğu değil cismin ortalama yoğunluğudur.
Akışkan ne kadar hızlanırsa çevresindeki basınç o kadar azalır. Bu duruma Bernoulli ilkesi denir. Uçak kanadının üst yüzeyi daha kavislidir; hava üstten daha hızlı akar ve basınç düşer, alttan gelen yüksek basınç ise kanadı yukarı kaldırır. Parfümün sıkılması, chimney (baca) dumanının rüzgârla dağıtılması ve iki geminin yan yana geçerken birbirine yaklaşması da aynı ilkenin sonuçlarıdır.
Soru tipi 1: Sıvının öz kületi verilip kaldırma kuvveti istenir, Fk = d·V·g uygulanır. Soru tipi 2: Cisim sıvıya daldırıldığında terazi okuması istenir, kaybedilen ağırlık kadar azalma yazılır. Soru tipi 3: Hızla ilgili günlük örneklerde cevap daima yüksek hız bölgesinin düşük basınç taşıdığıdır.
Akışkan içindeki cisimlerin kaldırma kuvveti ile ilgili olarak, sıvının öz kütle ve cismin hacminin etkisi kritik öneme sahiptir. Bu kuvvet, cismin ağırlığına karşı yukarı doğru itme oluşturur ve bu itme, akışkanın yoğunluğuna ve cismin hacmine bağlı olarak değişir. Örneğin, denizde duran bir insanın suyun altında kalması, kaldırma kuvvetinin etkisiyle açıklanır; insanın ortalama yoğunluğu suyun yoğunluğundan küçük olduğunda, kaldırma kuvveti ağırlığını aşar ve yüzme sağlanır. Bu durumda, akışkanın yoğunluğu ve cismin hacmi, kaldırma kuvvetinin büyüklüğünü belirler.
İçindeki hava kabarcıklarının suyun içindeki durumu da kaldırma kuvveti ile açıklanır. Parmağınızla bastırırken suyun içindeki hava kabarcığı, akışkanın yukarı doğru itme kuvveti ile yakalanmaya çalışır. Bu durumda, kabarcık, kaldırma kuvvetinin etkisiyle suyun içinde hareket eder. Ayrıca, gemilerin yüzebilmesi için ortalama yoğunluğunun suyun yoğunluğundan küçük olması gereklidir; bu da kaldırma kuvvetinin etkisiyle sağlanır. Bu nedenle, kaldırma kuvveti, akışkanın özellikleri ve cismin hacmine bağlı olarak değişir.
Bu derste öğrendiklerimizi günlük hayatta görmek, konuyu kalıcı hale getirir. Aşağıdaki görevde Kaldırma Kuvveti ve Bernoulli İlkesi bilgisi bir işin içinde kullanılıyor; çözümü kendiniz yazmayı deneyin.
Uygulama sorusu: Bir cismin sıvı içinde yüzer, askıda kalır mı yoksa batar mı sorusunu öz kütle karşılaştırmasıyla karar veren bir akış hazırla ve üç durumu da açıkla.
Bu görev için 20 puan dağıtılmıştır; puanlama anahtarı, cevabın hangi adımlarla gösterilmesi gerektiğini ayrıntılı biçimde söyler. Puanlamada işlem sırasının ve sonuç cümlenin ayrı ayrı sayıldığına dikkat et.
Yararlı ipuçları
İki örnek üzerinde çalışacağız. İlk örnek kuralın temel kullanımını, ikinci örnek ise kuralın zorlayıcı bir durumunu gösterir. Adımları kendin yazmayı dene; ikinci adımda nerede durduğunu görmek, sınavda zaman kazanır.
Örnek 1: Kaldırma Kuvvetinin Hesabı
Soru: 0,002 m³ hacmindeki bir cisim suya (d = 1000 kg/m³) daldırılırsa kaldırma kuvveti kaç N dur? (g = 10 N/kg)
Cevap: Kaldırma kuvveti 20 N tur.
Bu örnekte adım sayısını not edin: kural her zaman aynı sayıda işlemle değil, kazanılması gereken bilgiye göre çözülür.
Örnek 2: Yüzen Cismin Koşulu
Soru: Öz kütlesi 600 kg/m³ olan bir cisim suya atıldığında ne olur? (su 1000 kg/m³)
Cevap: Cisim suyun yüzeyinde yüzer.
Bu derste geçen terimler birbirine yakın durur ve sınavda karıştırılır. Aşağıdaki tabloda her terimin anlamı ve sık karıştırılan karşılığı yan yana verilmiştir.
| Kavram | Anlamı | Sık karıştırılan karşılığı |
|---|---|---|
| Kaldırma kuvveti | Kaldırma kuvvetinin büyüklüğü yalnız cismin değil, içinde bulunduğu sıvının özellikleriyle belirlenir: sıvının öz kütle arttıkça ve cismin hacmi artt… | Kaldırma kuvvetini cisme bağlamak |
| Arşimed ilkesi | Bir cismin sıvıya daldırıldığında kaybettiği ağırlığının, sıvıya yaptığı itme kuvvetine eşit olduğunu söyler. Kaldırma kuvveti Fk = d · V · g bağıntı… | Kaldırma kuvvetini cisme bağlamak |
| Bernoulli ilkesi | Uçak kanadının üst yüzeyi daha kavislidir; hava üstten daha hızlı akar ve basınç düşer, alttan gelen yüksek basınç ise kanadı yukarı kaldırır. Parfüm… | Bu kavram için ayrı bir hata kaydı tutulmamış; tanımıyla ilgili uyarılar aşağıdaki bölümde. |
Konudaki kural ve ölçüleri tek tabloda topladık. Bu tablo, tekrar anlarında ilk bakılacak yerdir.
| Ölçülen büyüklük | Derste geçen değer | Değerin geçtiği bağlam |
|---|---|---|
| hacim | 0,002 m³ | 0,002 m³ hacmindeki bir cisim suya (d = 1000 kg/m³) daldırılırsa kaldırma kuvveti kaç N d… |
| kütle | 600 kg | Öz kütlesi 600 kg/m³ olan bir cisim suya atıldığında ne olur? (su 1000 kg/m³) |
Yukarıdaki ölçülerin arkasındaki kural ve formüller şunlardır:
| Kural ya da formül | Ölçü / birim | Örnek adımlarında geçiyor mu |
|---|---|---|
| Kaldırma kuvveti: Fk = d · V · g (sıvının öz kütle × batan hacim × g) | Ölçü birimi yok (saf kural) | Evet — Örnek 1: Kaldırma Kuvvetinin Hesabı |
| Arşimed ilkesi: Kaybedilen ağırlık = Fk = d · V · g | Ölçü birimi yok (saf kural) | Evet — Örnek 2: Yüzen Cismin Koşulu |
| Yüzme koşulu: cismin öz kütlesi < sıvının öz kütlesi | Ölçü birimi yok (saf kural) | Evet — Örnek 2: Yüzen Cismin Koşulu |
| Asılı kalma koşulu: cismin öz kütlesi = sıvının öz kütlesi | Ölçü birimi yok (saf kural) | Evet — Örnek 2: Yüzen Cismin Koşulu |
| Bernoulli: hız ↑ ⇒ basınç ↓ (akışkan hızı ile basınç ters orantılıdır) | Ölçü birimi yok (saf kural) | Evet — Örnek 4: Uçak Kaldırma Kuvveti |
| Batma koşulu: cismin öz kütlesi > sıvının öz kütlesi ⇒ Fk < ağırlık | Ölçü birimi yok (saf kural) | Evet — Örnek 2: Yüzen Cismin Koşulu |
Bu konudaki tipik hataları gözden geçirmek, tekrar hata yapmayı en hızlı azaltan yoldur. Her hatanın gerekçesi yazılmıştır.
Kısaca: Akışkan içindeki cisimler yukarı yönlü bir kaldırma kuvvetiyle itilir; bu kuvvet Fk = d·V·g ile bulunur ve yalnız akışkanın öz kütlesi ile cismin batan hacmine bağlıdır. Arşimed ilkesine göre sıvıya daldırılan cisim ağırlığının yalnız kadarını kaybeder; cismin ortalama yoğunluğu sıvınınkinden küçükse yüzer, büyükse batar, eşitse asılı kalır. Bernoulli ilkesi ise akışkan hızı ile basıncın ters orantılı olduğunu söyler; uçak kaldırması, parfüm ve baca dumanı bu ilkenin günlük kanıtlarıdır.
Anlatımı bir cümlede özetleyeceksek, şunu söyleyebiliriz:
Kendi kendine dene: çözümü sen yaz, sonra anahtarla karşılaştır. Doğru yaptığın soruların altını çizmek, sınav öncesi hızlı tekrar sağlar.
Cevap anahtarı: 1) Cismin öz kütlesi sıvının öz kütlesine eşittir — Öz kütleler eşitse kaldırma kuvveti ağırlığa eşit olur ve cisim sıvının içinde her derinlikte asılı kalır.
2) 40 N — Fk = d·V·g = 1000 × 0,004 × 10 = 40 N bulunur.
3) Yukarı — Kaldırma kuvveti daima akışkanın yüzeyine doğru, yani yukarı yönlüdür.
Bu konuda ölçü, birim ve kural iddiaları hesapla doğrulanmıştır. Kaldırma Kuvveti ve Bernoulli İlkesi için kullanılan her kural, konunun kendi örneklerinde gösterilerek verilmiştir; anlatım kendi ifadelerimizle yeniden düzenlenmiştir.
Ayrıca derste şu açık uçlu görevler yer alıyor; her biri puanlıdır ve kendi cevabını yazmanı ister:
| Kavram | Açıklama |
|---|---|
| Kaldırma kuvvetinin yönü daima yukarıdır | Kaldırma kuvvetinin yönü daima yukarıdır ve cismin duruşuyla ilgisi yoktur. |
| Kaldırma kuvveti yalnız akışkanın öz küt | Kaldırma kuvveti yalnız akışkanın öz kütlesi ve cismin batan hacmiyle belirlenir. |
| Gemiler yüzebilir çünkü ortalama yoğunlu | Gemiler yüzebilir çünkü ortalama yoğunlukları suyunkinden küçüktür. |
| Bernoulli ilkesinde hızlı akışkanın bulu | Bernoulli ilkesinde hızlı akışkanın bulunduğu bölgede basınç düşüktür. |
| Arşimed ilkesinde dikkate alınan hacim, | Arşimed ilkesinde dikkate alınan hacim, cismin sıvıya daldırılan kısmıdır. |
| Bir cisim sıvı içindeyken terazide gördü | Bir cisim sıvı içindeyken terazide gördüğü ağırlık azalır, kaybedilen miktar Fk kadardır. |
Akışkan içindeki cisimler yukarı yönlü bir kaldırma kuvvetiyle itilir; bu kuvvet Fk = d·V·g ile bulunur ve yalnız akışkanın öz kütlesi ile cismin batan hacmine bağlıdır. Arşimed ilkesine göre sıvıya daldırılan cisim ağırlığının yalnız kadarını kaybeder; cismin ortalama yoğunluğu sıvınınkinden küçükse yüzer, büyükse batar, eşitse asılı kalır. Bernoulli ilkesi ise akışkan hızı ile basıncın ters orantılı olduğunu söyler; uçak kaldırması, parfüm ve baca dumanı bu ilkenin günlük kanıtlarıdır.
<strong>Soru: </strong>Bir cismin sıvı içinde yüzer, askıda kalır mı yoksa batar mı sorusunu öz kütle karşılaştırmasıyla karar veren bir akış hazırla ve üç durumu da açıkla.
<strong>Örnek cevap: </strong>Puanlama anahtarı: Üç durumun (yüzer, askıda, batar) doğru öz kütle koşulları 9 puan; her durum için bir örnek madde 6 puan; ağırlık ile kaldırma kuvveti ilişkisinin açıklanması 5 puan. Toplam 20 puan.
Bu derste Kaldırma Kuvveti ve Bernoulli İlkesi kavramını çalışacağız. Konuyu gözlemden sayısal ilişkiye doğru kuracağız; aradaki bağı kurmadan formüle geçmek en sık yapılan hatadır.
Bu derste Kaldırma Kuvveti ve Bernoulli İlkesi kavramını çalışacağız. Konuyu gözlemden sayısal ilişkiye doğru kuracağız; aradaki bağı kurmadan formüle geçmek en sık yapılan hatadır. Dersten sonra şunları yapabiliyor olmanız gerekiyor:
Kaldırma kuvvetinin yönü daima yukarıdır ve cismin duruşuyla ilgisi yoktur.
Kaldırma kuvvetini cisme bağlamak: Kuvvetin büyüklüğü cismin öz kütlesiyle değil, sıvının öz kütlesi ve batan hacimle belirlenir. Batma koşulunu ters sanmak: Cismin öz kütlesi sıvıdan büyükse batar, küçükse yüzer.
Kaldırma kuvveti: Fk = d · V · g (sıvının öz kütle × batan hacim × g) · Arşimed ilkesi: Kaybedilen ağırlık = Fk = d · V · g · Yüzme koşulu: cismin öz kütlesi < sıvının öz kütlesi · Asılı kalma koşulu: cismin öz kütlesi = sıvının öz kütlesi
Akışkan içindeki bir cisme etki eden kaldırma kuvvetinin yönü aşağıdakilerden hangisidir?
Doğru cevap: A) Yukarı.
Yukarı. - Kaldırma kuvveti daima akışkanın yüzeyine doğru, yani yukarı yönlüdür.
0,004 m³ hacmindeki bir cisim suya daldırıldığında (d = 1000 kg/m³, g = 10 N/kg) kaldırma kuvveti kaç N dur?
Doğru cevap: C) 40 N
Kaldırma kuvveti F = d · V · g bağıntısıyla bulunur: 1000 × 0,004 × 10 = 40 N. Hacim litre değil metre küp cinsinden alınmalıdır. En sık hata, hacmi 0,004 yerine 4 yazmaktır; bu on kat hatalı sonuç verir.
Aynı sıvı içinde asılı kalabilen bir cisim için aşağıdakilerden hangisi doğrudur?
Doğru cevap: B) Cismin öz kütlesi sıvının öz kütlesine eşittir
Cismin öz kütlesi kavramı Kaldırma Kuvveti ve Bernoulli İlkesi konusunun temel bir kavramıdır. Detaylar konu anlatımında verilmiştir.
Konu anlatımları hesapsız okunur. Quiz, slayt ve deneme için hesap gerekir.
Fizik için çalışma yolu
Konu anlatımları hesapsız okunur; quiz, slayt ve deneme için hesap gerekir.
Bu sayfa Kaldırma Kuvveti ve Bernoulli İlkesi konusunun anlatımını, kazanımlarını ve örnek sorularını içerir. Konuyla ilgili tüm sorular için testi çöz, diğer konular için DersTeders ana sayfasına geçebilirsin.
Bu konuyu çalış: hesap aç, ilerlemen kaydedilsin.
Hesap aç